Aujourd'hui, en mai 2026, plus de 8 190 exoplanètes sont connues de la noosphère dans la Voie lactée, comme on peut s'en convaincre en consultant le célèbre site de l'Encyclopédie des planètes extrasolaires, fondé en 1995 par l'astronome Jean Schneider, de l'observatoire de Paris. Pour faire connaissance avec ces planètes et la façon dont on peut les étudier, on pourra consulter grâce au CEA plusieurs vidéos formant une websérie.

On a fêté l'année dernière les 35 ans de la découverte des exo-Jupiters chaudes, des exoplanètes de type géante gazeuse avec des masses et des tailles comparables à notre Jupiter, mais qui ont migré vers leurs étoiles hôtes, parfois pour devenir beaucoup plus proches de leurs soleils que Mercure du Soleil. Il s'agissait des premières exoplanètes détectées autour d'une étoile de la séquence principale.

Dans quelques semaines, cela fera 10 ans qu'André Brahic nous aura quittés... On peut se demander ce qu'il aurait pensé de la découverte publiée dans un article dont une version est en accès libre sur arXiv, lui qui a exploré les mondes des géantes gazeuses de notre Système solaire, Jupiter et Saturne, d'abord avec les missions Voyager et ensuite avec la mission Cassini.

La découverte en question est due à une équipe internationale d'astronomes dirigée par Elisabeth Matthews à l'Institut Max-Planck d'astronomie (MPIA). L'équipe l'a effectuée en étudiant avec le télescope spatial James-Webb (JWST) et le coronographe de son instrument Miri une exoplanète lointaine de type Jupiter, nommée Epsilon Indi Ab.

Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. © CEA Recherche

Une exo-Jupiter tiède ?

Le communiqué à ce sujet du MPIA rappelle que, selon la nomenclature des exoplanètes, cette désignation correspond à la première planète découverte en orbite autour de l'étoile Epsilon Indi A, située dans la constellation de l'Indus dans l'hémisphère sud. Bhavesh Rajpoot, doctorant à l'Institut Max-Planck d'astronomie et coauteur de l'étude, explique dans ce communiqué que « cette planète possède une masse considérablement supérieure à celle de Jupiter - la nouvelle étude l'estime à 7,6 masses joviennes - mais son diamètre est comparable à celui de sa cousine du Système solaire ».

Toujours dans le communiqué, on apprend qu'Epsilon Indi Ab est environ quatre fois plus éloignée de son étoile que Jupiter ne l'est du Soleil et l'étoile Epsilon Indi A est légèrement moins massive et moins chaude que notre Soleil. À priori, la température de surface d'Epsilon Indi Ab devrait être vraiment très basse mais les observations dans l'infrarouge nous prouvent qu'elle est tout de même de l'ordre de -70 à +20 degrés Celsius.

A priori là aussi, aucun mystère : Epsilon Indi A est une naine orange de type spectral K5 V appartenant à la séquence principale et est âgée de guère plus d'un milliard d'années. Epsilon Indi Ab possède donc encore un réservoir de chaleur important hérité de sa formation par contraction gravitationnelle, un peu comme le fait le gaz qu'on a chauffé en le comprimant. Au cours des prochains milliards d'années, Epsilon Indi Ab continuera de se refroidir progressivement pour finalement devenir plus froide que Jupiter. En attendant, ce n'est donc pas, malgré tout, une Jupiter chaude mais bien une analogue de notre Jupiter.

Le télescope spatial James-Webb a été conçu pour répondre aux grandes questions de l'astrophysique comme la formation dans l'Univers des premières galaxies et de leurs premières étoiles, des planètes et des exoplanètes ou la composition des atmosphères de planètes extrasolaires. Zoom sur les innovations et le fonctionnement de l’imageur Miri. © Ce film d’animation a été produit et cofinancé par le CEA, le Cnes, le CNRS, l'Observatoire de Paris et l'OSUPS ; il a été réalisé par la société Fab&Fab. Expertise scientifique : P-O. Lagage (CEA), C. Cossou (CEA), A. Boccaletti (observatoire de Paris), P. Baudoz (observatoire de Paris), D. Dicken(CNRS)

Une remise en cause des modèles d'exo-atmosphère ?

Le coronographe de l'instrument Miri a servi à masquer la lumière de l'étoile centrale, de sorte que l'analyse spectroscopique a permis de se concentrer sur la composition de la lumière rayonnée par Epsilon Indi Ab et d'y rechercher des spectres se comportant comme des codes-barres indiquant la présence de certaines molécules dans l'atmosphère de l'exo-Jupiter. Matthews et son équipe y ont notamment découvert la présence des molécules d'ammoniac (NH₃) et ils ont pu en déterminer l'abondance.

Sur ce dernier point, les résultats obtenus ont été surprenants. On sait que, dans le cas de Jupiter, le gaz ammoniac et les nuages ​​d'ammoniac dominent les hautes couches de l'atmosphère visibles lors des observations. Fort logiquement, on pensait qu'Epsilon Indi Ab contenait également d'importantes quantités de gaz ammoniac, mais pas de nuages ​​d'ammoniac. Mais une fois de plus l'Univers a déjoué nos prédictions et montré que le monde des exoplanètes est plus divers qu'on ne le soupçonnait.

La quantité d'ammoniac déterminée est en effet légèrement inférieure aux prévisions. On peut expliquer cette anomalie en postulant la présence de nuages ​​de glace d'eau épais mais discontinus, semblables aux cirrus de haute altitude de l'atmosphère terrestre !

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Cela a fait dire, dans le communiqué du MPIA, à James Mang (Université du Texas à Austin), coauteur de l'étude publiée dans Astrophysical Journal Letters, que la découverte pose « un problème passionnant, qui témoigne des progrès immenses que nous réalisons grâce au JWST. Ce qui semblait autrefois impossible à détecter est désormais à notre portée, nous permettant d'étudier la structure de ces atmosphères, notamment la présence de nuages. Ceci révèle de nouveaux niveaux de complexité que nos modèles commencent à peine à intégrer et ouvre la voie à une caractérisation encore plus détaillée de ces mondes froids et lointains ».

Voilà qui, une fois de plus, doit nous inciter à la prudence lorsque l'on cherche des biosignatures dans les atmosphères d'exoplanètes proches de tailles et de masses semblables à la Terre. On peut commencer à faire de telles recherches avec le JWST mais ce sera surtout possible avec la prochaine génération de télescopes qui sera mise en service.

En effet, il n'est pas simple d'attribuer la présence de certaines molécules à celle de la Vie. Des processus a-biogéniques pourraient expliquer leur présence. Ainsi, une planète avec une atmosphère riche en oxygène pourrait tout simplement l'être parce que ses océans se sont évaporés et ses molécules d'eau dissociées sous l'action du rayonnement de son étoile.

En fait, pour avancer, il faudra sans doute étudier et modéliser pendant encore des décennies les atmosphères de bien des exoplanètes, ressemblant à la Terre ou non, pour construire des interprétations relativement solides.