Qu'est-ce qu'une planète vagabonde ?

Les planètes vagabondes sont des mondes errants. Elles n’ont ni lever, ni coucher de soleil, car elles ne sont rattachées à aucun astre, contrairement aux planètes qui nous sont familières. À la place, elles orbitent de manière indépendante autour du noyau de la Voie Lactée.

« La galaxie contient des milliards d’objets libres de masse planétaire, à la dérive dans une nuit sans fin. Ce sont des planètes orphelines, éloignées de leur étoile mère lors de la naissance chaotique de leur système solaire », explique Neil DeGrasse Tyson, alors qu’une planète émerge de l’obscurité. « Les planètes vagabondes ont un noyau fondu et une surface gelée. Entre les deux, on peut trouver des océans d’eau liquide. Qui sait ce que ça ferait de nager dans ces eaux ? »

Au cours des jours qui ont suivi le premier épisode de la série, sites web et réseaux sociaux ont relayé les questions de téléspectateurs se demandant ce que ces mondes vagabonds sont exactement – se pourrait-il qu’ils se comptent par milliards, comme Tyson l’a avancé ?

(La réponse est oui. Probablement.)

Des décennies durant, les astronomes ont émis l’hypothèse que les planètes flottant librement existaient. Mais encore fallait-il qu’ils les trouvent. Le moyen le plus connu d’identifier des exoplanètes est d’étudier les indicateurs témoins en provenance des étoiles – qu’il s’agisse d’oscillations provoquées par l’attraction gravitationnelle d’une planète en orbite, ou du léger obscurcissement généré par le passage d’une planète entre la Terre et son étoile.

Bon alors, comment trouve-t-on une planète qui n’a pas d’étoile ?

Pour l’heure, les meilleures méthodes consistent en la recherche aux rayons infrarouges de chaleur émanant d’une jeune planète vagabonde, ou en une technique basée sur la microlentille gravitationnelle, qui fonctionne bien pour les planètes plus vieilles et plus froides. C’est ce qu’explique l’astronome David Bennett, de l’Université Notre Dame : la microlentille repose sur la capacité de la gravité à distordre et à perturber la lumière. Si un objet massif – disons, une planète orpheline – passe entre une étoile et la Terre, la planète peut faire office de lentille qui distordra la lumière de l’étoile telle qu’elle est vue depuis la Terre. En général, plus la planète est massive, plus cela a une incidence sur la lumière.

Jusqu’ici, ces méthodes ont essentiellement permis de détecter des planètes dont la taille est égale ou supérieure à celle de Jupiter, soit au moins 300 fois la masse de la Terre.

Les premières observations de ces mondes autonomes sont arrivées au début des années 1990, lorsqu’une équipe d’astronomes japonais a prouvé l’existence d’objets de masse planétaires chauds dans la constellation du Caméléon, située à près de 500 années lumières d’ici. D’autres équipes de chercheurs ont signalé de nouveaux candidats pouvant prétendre au statut de planète vagabonde, au sein d’une constellation proche de l’étoile Sigma Orion, dans la nébuleuse d’Orion, au niveau de la constellation du Taureau alors en train de se former. Plus récemment encore, en 2012, les astronomes ont décrit une planète errante chaude (700°C), maladroitement appelée CFBDSIR2149-0403, à 100 années lumières de nous.

C’est à partir de 2011 que l’on a clairement pu parler de « milliards » d’éléments, comme l’avançait Tyson. Une étude appliquant la technique de microlentille, publiée dans Nature, avance que la Voie Lactée contient au moins 400 milliards de mondes sans étoile, et que les planètes orphelines sont en fait plus communément répandues que les étoiles comme notre soleil. D’après les données relevées par deux consortiums de microlentille, connus sous les acronymes de OGLE et MOA, ce sont 10 planètes potentiellement flottantes qui ont été identifiées au cours d’une étude s’étant focalisée sur les constellations de la Voie Lactée pendant deux années.

En comparant l’efficacité de détection des différentes études, la probabilité que surviennent des événements en microlentille et le niveau attendu de déflection de la lumière causé par les planètes et les étoiles, l’équipe en a conclu que ces planètes faisant office de lentilles étaient présentes partout. « Du fait des incertitudes statistiques de l’analyse », estime Bennett, membre du consortium MOA, « le nombre de 400 milliards de planètes est probablement une bonne fourchette basse. »

Pourtant, ce chiffre ne fait pas l’unanimité. Les auteurs de l’étude ont beau avoir effectué un travail de recherche prudent, cela reste possible que les objets détectés soient tout simplement très éloignés de leur étoile ; il s’agirait alors de naines brunes (sortes de pseudo-étoiles à faible masse dont la combustion nucléaire du noyau ne se serait pas produite). Il est aussi possible que les estimations du nombre d’objets présents dans la galaxie soient caduques.

Mais le MOA travaille dur depuis 2011, à l’analyse de groupes de données plus larges et à la ré-estimation du nombre de planètes flottantes présentes dans la Voie Lactée. Jusqu’à présent, les nouvelles informations corroborent le constat original : ces planètes vagabondes sont vraiment nombreuses. Certaines avancées laissent penser que nous pourrions bientôt être en mesure de trouver de plus petites planètes solitaires, d’une masse plus proche de celle de Neptune – bien trop petites pour être confondues avec des « étoiles manquées ».

Quant au chaos des premières années, les astronomes pensent que de nombreuses planètes flottantes errent dans l’espace interstellaire parce qu’elles ont été expulsées de leur propre système stellaire. Ce processus a tendance à se produire au début de l’histoire d’un système, selon l’astrophysicien de l’Université de Californie (à Santa Cruz) Greg Laughlin. Au moment où les planètes établissent leur trajectoire d’orbite au sein d’un jeune système, la bousculade gravitationnelle qui en résulte peut en effet en envoyer quelques-unes dans l’espace.

Il est possible que ce soit ce qui s’est produit dans notre système solaire. Les théories qui le décrivent à ses débuts ne fonctionnent vraiment que si une cinquième planète géante – une autre Uranus ou Neptune – était présente au départ. Autre problème avec ces modèles : ils avanceraient la thèse d’une collision entre la Terre et Vénus, ce qui, nous le savons bien, ne s’est jamais produit. Plus tard dans l’histoire de notre système, alors que les planètes commençaient à migrer, cette cinquième géante se serait fait expulser dans l’espace.

Mais où ? C’est bien la question que chacun se pose aujourd’hui. « Pour autant que je sache, cette fichue planète pourrait bien avoir traversé la moitié de la galaxie », déclare Konstantin Batygin, en post-doc au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Très bien. Revenons à la deuxième partie de ce qu’avançait Tyson : ces objets pourraient-ils avoir un noyau fondu et des océans en dessous de leur surface ?

Cela vous surprendra peut-être, mais la réponse est oui. Cette affirmation fait écho à un papier publié en 1999 par le scientifique du Caltech (California Institute of Technology) mondialement connu David Stevenson, qui a étudié la manière dont les planètes de même masse que la Terre serait éjectées de leur système solaire et envoyées dans l’espace lointain. Stevenson avance que ces planètes pourraient rester suffisamment chaudes pour conserver de l’eau liquide au niveau de leur surface si elles disposaient d’une atmosphère constituée d’hydrogène. Un océan en sous-surface pourrait même exister sans la présence d’atmosphère. Enfin, selon le scientifique, les grosses planètes sont généralement plus chaudes que les petites ; il a ainsi calculé qu’une planète Jupiter qui se ferait éjecter ne refroidirait que de 258 degrés Celsius en surface.

Espérons qu’il y a de petites bestioles – de préférence des plésiosaures ou des requins laser – dans ces mers vagabondes de sous-surface.