L’Observatoire des mondes habitables aura besoin de l’astrométrie pour trouver la vie.

Par Andy Tomaswick –

3 avril 2026  

Nous nous rapprochons de plus en plus de la découverte d’une véritable exoplanète semblable à la Terre. Mais en trouver une ne représente que la moitié du chemin. Pour être absolument certains qu’il s’agit d’un analogue de la Terre ailleurs dans la galaxie, il nous faut également l’imager directement. C’est la mission de l’Observatoire des Mondes Habitables (HWO), un télescope spatial en projet dont la fonction principale est précisément celle-ci. Mais même la capture d’une image et l’obtention de données spectrales sur la composition chimique de son atmosphère ne suffisent pas, d’après un article récemment publié en prépublication sur arXiv par Kaz Gary de l’Université d’État de l’Ohio et ses co-auteurs. HWO devra d’abord déterminer la masse de la planète.

Cependant, c’est plus facile à dire qu’à faire. L’article explique pourquoi une mesure de la masse planétaire à 10 % près est essentielle pour déterminer si une planète est habitable ou non. Sans cette précision, les modèles utilisés pour identifier les gaz constitutifs de l’atmosphère se heurtent à un problème que les mathématiciens appellent sans détour « dégénérescence ». Dans ce cas précis, la dégénérescence signifie qu’il serait impossible d’identifier le gaz dominant dans l’atmosphère d’une planète ; or, la distinction entre l’azote (comme dans notre atmosphère) et le CO₂ (comme dans celle de Vénus) est cruciale.

Actuellement, la méthode de référence pour mesurer la masse des exoplanètes est la vitesse radiale (VR). Celle-ci mesure la variation spectrale de la surface d’une étoile sous l’effet de la gravité d’une exoplanète. Cependant, la mesure de cette valeur est notoirement difficile. Une exoplanète de la taille de la Terre orbitant autour d’une étoile semblable au Soleil produit un signal de VR de seulement 9 cm/s, un signal extrêmement faible facilement masqué par l’activité de surface de l’étoile.

Pour ne rien arranger, la vitesse radiale est pratiquement inutilisable pour une grande partie des étoiles que HWO observera. Environ 30 % des étoiles cibles de l’observatoire sont des étoiles chaudes et en rotation de type A et F. Ces étoiles possèdent des photosphères chaudes avec très peu de raies spectrales distinctives. De plus, leur rotation est si rapide que les rares données disponibles sont facilement brouillées. En conséquence, des mesures de vitesse radiale de haute précision sont impossibles pour environ 30 % des étoiles cibles de HWO.

Voici l’astrométrie. Cette approche alternative exploite l’oscillation latérale d’une étoile cible, induite par la planète qui orbite autour d’elle, par rapport aux étoiles environnantes. Elle présente l’avantage majeur d’être particulièrement utile pour les étoiles actives que la méthode des vitesses radiales ne permet pas d’observer, car il est beaucoup plus simple de suivre leurs mouvements latéraux que d’observer les variations de leurs signatures spectrales.

Mais cela comporte son lot de défis, qui, sans surprise, concernent principalement la précision. Le signal astrométrique d’une planète semblable à la Terre située à 10 parsecs est d’environ 0,3 microseconde d’arc, soit 0,3 millionième de seconde d’arc. Sachant qu’il y a 1 296 000 secondes d’arc dans le ciel nocturne, on comprend mieux l’extrême précision requise pour cet instrument.

La NASA présente les capacités de l’HWO. Crédit : Chaîne YouTube du centre Goddard de la NASA

Pour détecter un décalage aussi infime, l’instrument à haute résolution de HWO dépendra fortement de la présence d’étoiles d’arrière-plan. En effet, la principale limite de l’astrométrie est liée au « bruit photonique » des étoiles d’arrière-plan, qui dépend entièrement de leur nombre. Autrement dit, la direction d’observation de HWO aura une incidence considérable. Si l’instrument est pointé vers le bord de la galaxie, l’arrière-plan stellaire est clairsemé et l’incertitude devient extrêmement élevée. En revanche, s’il est pointé vers le plan galactique, la densité d’étoiles est telle que l’incertitude reste faible.

Les chercheurs ont simulé la quantité d’étoiles d’arrière-plan dans plusieurs scénarios et ont conclu que, pour obtenir les informations nécessaires sans introduire trop de bruit dans l’instrument, il était préférable de choisir le filtre optimal afin de minimiser l’incertitude astrométrique. Ce choix repose sur un équilibre entre la densité stellaire et la limite de diffraction. Ils suggèrent d’utiliser la bande G de Gaia, la principale bande optique large utilisée par le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne, qui cartographie actuellement la position de plus d’un milliard d’étoiles dans notre galaxie. Cette bande offre un compromis idéal entre les grandes longueurs d’onde, comme l’infrarouge, où la limite de diffraction de l’instrument HWO se dégrade, et les courtes longueurs d’onde, où le nombre d’étoiles d’arrière-plan utilisables comme références est plus faible.

Ainsi, disposant d’une mesure, d’une direction et d’une bande spectrale, HWO n’a plus qu’à lancer une campagne d’observations. Les auteurs proposent un relevé astrométrique dédié de 200 jours, réparti sur les cinq années de la mission principale de HWO. En effectuant une centaine d’observations de chaque étoile cible, HWO pourrait mesurer avec succès la masse d’une quarantaine de planètes semblables à la Terre situées dans la zone habitable, avec la précision requise de 10 %.

Le projet HWO est encore loin d’être réalisé et ne sera probablement pas lancé avant le début des années 2040 au plus tôt. Mais, en combinant une photométrie avancée à une astrométrie ultra-précise, nous pourrions enfin trouver le trésor ultime dont rêvent les astronomes depuis des siècles : une autre planète habitable.

Apprendre encore plus :

K. Gary et al. – Masses des planètes potentiellement habitables caractérisées par l’Observatoire des mondes habitables

UT – L’ingénierie optique nécessaire pour photographier un jumeau terrestre

UT – Le HWO doit être d’une précision picométrique pour observer la Terre 2.0

UT – HWO pourrait trouver des signes irréfutables de vie sur des exoplanètes

Andy Tomaswick

Andy Tomaswick Andy s’intéresse à l’exploration spatiale depuis sa lecture de « Un point bleu pâle » au collège. Ingénieur de formation, il aime se concentrer sur les défis pratiques de l’exploration spatiale, qu’il s’agisse d’éliminer les perchlorates sur Mars ou de fabriquer des miroirs ultra-lisses pour recueillir des données toujours plus précises. Lorsqu’il n’écrit pas ou ne conçoit pas, il aime s’occuper de sa femme, de ses quatre enfants, de ses six chats et de ses deux chiens, ou faire du jogging pour garder la forme.