Première exoterre dans une zone habitable découverte par Tess

En 2018, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TessTess) a rejoint l'orbite terrestre afin de découvrir de petites planètes autour des étoiles les plus proches, suffisamment brillantes pour permettre le suivi et la caractérisation de ces planètes. Le télescope de la Nasa a jusqu'à présent découvert dix-sept petites planètes autour de onze étoiles nainesétoiles naines rouges proches. Dans une série de trois articles parus ensemble ce mois-ci (voir liens en fin d'article), les astronomesastronomes confirment que l'une de ces planètes, TOI-700 d, est de dimension comparable à la Terre et se trouve dans la zone habitable de son étoile. Ils y discutent également de son possible climatclimat.

Début 2020 a été annoncée la découverte de trois planètes autour de TOI-700, une naine rouge qui se trouve à 102 années-lumièreannées-lumière de la Terre dans la constellationconstellation de la Dorade. Tess avait permis de déterminer que ces planètes sont relativement petites : TOI-700 b, c et d ont respectivement un rayon égal à 1,04, 2,65 et 1,14 fois celui de la Terre. À titre de comparaison, NeptuneNeptune et UranusUranus ont un rayon d'environ 4 fois celui de la Terre. Les trois planètes de TOI-700 font le tour de leur étoile en 9,98, 16,05 et 37,42 jours, à comparer aux 88 jours que met MercureMercure pour parcourir son orbite autour du SoleilSoleil.

Schéma du système TOI-700. La zone habitable est représentée en vert. L'échelle représente 0,2 unité astronomique, c'est-à-dire un cinquième de la distance moyenne Terre-Soleil. © Rodriguez et al. 2020

TOI-700 d, cousine de la Terre ?

Cependant, vu que l'étoile TOI-700 est plus petite et sensiblement moins chaude que le Soleil (environ 40 % du rayon et de la massemasse du Soleil, et 3.200 °C contre 5.500 °C pour le Soleil), la planète la plus externe se trouve dans sa zone habitable, c'est-à-dire là où de l'eau pourrait éventuellement exister sous forme liquideliquide en surface de la planète. Ces caractéristiques rendent donc TOI-700 d particulièrement intéressante pour la recherche d'une exoplanèteexoplanète pouvant abriter la vie, même si rien pour le moment ne permet d'affirmer que c'est effectivement le cas de TOI-700 d.

Les détections de Tess étaient donc excitantes mais néanmoins incertaines : les signaux étaient faibles et il restait une petite possibilité que la détection de TOI-700 d soit un faux positif. En raison de l'importance potentielle de trouver une planète voisine de la taille de la Terre dans une zone habitable, les scientifiques de Tess ont alors décidé d'utiliser la caméra Irac de l'observatoire spatial SpitzerSpitzer pour confirmer ces résultats.

Avant d'être éteinte par la Nasa en février 2020, la caméra Irac était de loin la caméra proche infrarougecaméra proche infrarouge la plus sensible dans l'espace. L'équipe de Tess observa TOI-700 avec Irac en octobre 2019 et janvier 2020, et obtint des détections claires des planètes qui permirent d'améliorer de façon notable notre connaissance de la planète. Le rayon de TOI-700 d a pu être confirmé et sa masse estimée : 2,1 fois celle de la Terre. Ces résultats suggèrent que cette planète pourrait être rocheuse et est vraisemblablement en rotation synchronesynchrone, c'est-à-dire avec toujours la même moitié de la planète faisant face à l'étoile.

Une atmosphère difficile à étudier

Si de l'eau liquide est présente à la surface de TOI-700d, alors il doit y avoir aussi des nuages contenant de l'eau dans son atmosphère. L'équipe a alors utilisé des modèles de systèmes climatiques pour estimer ses propriétés possibles et ce que des mesures plus précises pourraient trouver. Ils concluent cependant que les missions spatiales en préparation, dont le télescope James-Webb, ne seront probablement pas assez sensibles pour détecter les caractéristiques atmosphériques d'un facteur dix ou plus. Ces études climatiques détaillées aideront néanmoins les astronomes à déterminer quels télescopes et instruments seront nécessaires pour étudier cette planète.