Proxima b, un monde tempéré à notre porte
Elle tourne autour de l'étoile la plus proche du Soleil, dans la zone où l'eau pourrait rester liquide. Mais sous les colères de son étoile, a-t-elle pu garder une atmosphère ? Enquête sur un monde qu'on n'a jamais vu.
Proxima du Centaure, la plus proche voisine du Soleil, est une petite étoile rouge, invisible à l'œil nu. Depuis 2016, on sait qu'elle a au moins une planète d'une masse voisine de celle de la Terre, Proxima b. Aucun télescope ne l'a encore photographiée : tout ce qu'on sait d'elle a été déduit du mouvement de son étoile. C'est pourtant, avec ses voisines, la destination la plus naturelle pour une première sonde interstellaire.
Une découverte menée au grand jour
L'histoire commence par une campagne d'observation baptisée Pale Red Dot, le « pâle point rouge », clin d'œil au célèbre « pâle point bleu », la photographie de la Terre prise par Voyager 1. Pendant le premier semestre 2016, une équipe internationale menée par Guillem Anglada-Escudé, de l'université Queen Mary de Londres, observe Proxima de façon régulière avec le spectrographe HARPS, installé sur le télescope de 3,6 mètres de l'ESO à La Silla, au Chili. Fait inhabituel, elle raconte l'avancée de ses travaux au public, de mi-janvier à avril, avant même de connaître le résultat.
Ces mesures sont combinées à des observations plus anciennes, faites notamment avec l'instrument UVES du Very Large Telescope. Le signal est net : Proxima s'approche puis s'éloigne de nous à environ 5 km/h, la vitesse d'un piéton, avec une période de 11,2 jours. La découverte est annoncée par l'ESO le 24 août 2016 et publiée le lendemain dans la revue Nature.
Ce que l'on sait vraiment
La méthode des vitesses radiales ne donne pas la masse exacte de la planète, mais une masse minimale, car on ignore sous quel angle on voit son orbite. En 2016, cette masse minimale était estimée à environ 1,3 fois celle de la Terre. En 2020, le spectrographe ESPRESSO, installé sur le Very Large Telescope et bien plus précis, a confirmé la planète ; la NASA retient aujourd'hui une masse minimale d'environ 1,06 masse terrestre.
Proxima b boucle son orbite en 11,2 jours, à environ 7 millions de kilomètres de son étoile, soit 5 % de la distance Terre-Soleil, bien plus près que Mercure ne l'est du Soleil. Mais Proxima est si peu lumineuse que cette proximité place la planète dans la zone habitable, la région où une planète recevrait juste assez d'énergie pour que de l'eau puisse rester liquide en surface, si elle possède une atmosphère.
À une distance aussi faible, les effets de marée de l'étoile ont probablement synchronisé la rotation de la planète sur sa révolution, comme la Lune qui montre toujours la même face à la Terre. Proxima b aurait alors un hémisphère en plein jour permanent et un autre plongé dans une nuit éternelle. Seule une atmosphère épaisse ou un océan pourraient redistribuer la chaleur entre les deux.
Une famille qui s'agrandit
Proxima b n'est pas seule. En 2022, une équipe menée par João Faria, de l'Institut d'astrophysique et des sciences de l'espace au Portugal, a annoncé grâce à ESPRESSO une deuxième planète, Proxima d. Elle est plus proche encore de l'étoile, à environ 4 millions de kilomètres, fait le tour en 5 jours, et sa masse minimale ne vaut qu'un quart de celle de la Terre. Son signal n'est que de 40 centimètres par seconde : un exploit de mesure. Une troisième planète possible, Proxima c, d'une période d'environ cinq ans, reste à l'état de candidate.
Une étoile colérique, une atmosphère en question
Le grand doute vient de l'étoile elle-même. Proxima est une étoile à éruptions : comme beaucoup de naines rouges, elle libère régulièrement de brusques bouffées de rayonnement ultraviolet et X, et de particules. Les astronomes ont d'ailleurs dû écarter de leur analyse les mesures prises pendant les éruptions, qui auraient pu brouiller le signal de la planète.
Pour Proxima b, ces assauts répétés pourraient avoir arraché une partie de son atmosphère et de son eau au fil des milliards d'années, ou du moins détruit une éventuelle couche d'ozone. D'autres modèles montrent qu'une atmosphère épaisse ou un champ magnétique pourraient la protéger. Le débat reste ouvert, faute d'observation directe. De plus, aucun passage de la planète devant son étoile n'a été observé, ce qui prive les astronomes de la méthode la plus courante pour analyser la lumière qui traverse une atmosphère.
Et sur Terre ?
La technique qui permettra peut-être de trancher consiste à extraire, par corrélation, la faible signature d'une molécule dans un spectre dominé par l'étoile. La marche « Spectre de Proxima » (voir la marche G-SGT-10) prépare avec l'instrument HARMONI de l'Extremely Large Telescope, en construction au Chili, la recherche d'eau, de dioxyde de carbone et de méthane sur Proxima b ; la même méthode, transposée à l'imagerie aérienne, pourrait cartographier les panaches de pollution au-dessus des villes.
Si une atmosphère est détectée sur Proxima b dans la prochaine décennie, la planète la plus proche deviendra aussi la première exoplanète tempérée dont on pourra lire l'air. Si elle s'avère nue, ce sera une leçon précieuse sur les mondes qui entourent les naines rouges, les étoiles les plus nombreuses de la galaxie.