Solitude : le cas des planètes errantes

Planète errante, orpheline, vagabonde, libre… Plusieurs noms pour une seule réalité : ces étranges planètes qui n’orbitent pas autour d’une étoile. Dans la froide nuit de l’espace, loin de la lumière, elles errent, seules, à l’abri de nos regards.

Perdu dans l’espace

Dans l’imaginaire collectif, le cosmos est généralement représenté de la manière suivante : une lune orbite autour d’une planète, qui orbite autour d’une étoile, au sein d’une galaxie. Plus les planètes sont éloignées de leur étoile, plus leur luminosité est faible, rendant plus difficile leur observation. Ainsi de Pluton, dont le visage était encore flou avant que la sonde New Horizons de la NASA ne passe à sa proximité. Ainsi de la Planète X, hypothétique neuvième planète du Système Solaire située au-delà de Neptune, qui se dérobe pour le moment aux regards de nos télescopes mais dont les effets gravitationnels se feraient sentir sur des objets de la ceinture de Kuiper.

Dans l’imaginaire collectif, entre les étoiles il n’y a rien, rien que le vide intersidéral, froid et désolé, et surtout si immense qu’il empêche pour le moment tout voyage de l’humanité au-delà de notre Système Solaire.

Cette représentation est incomplète. La définition du vide et la question de sa réalité notamment au niveau quantique nécessiterait plusieurs articles ; sans aller jusque-là, des objets qui ne sont attachés gravitationnellement à aucune étoile mais à leur galaxie elle-même rôdent entre les étoiles. Des objets sphériques, gazeux ou bien solides. Pour autant, ce ne sont pas des planètes, puisque celles-ci, rappelons-le…

• Orbitent autour d’une étoile
• Possèdent une masse suffisante pour être de forme sphérique
• Ont nettoyé leur environnement proche – c’est-à-dire que d’autres objets de masse similaire ne se trouvent pas à proximité, hormis ceux placés sous leur influence gravitationnelle (par exemple des satellites)

Ces planètes qui n’en sont pas se voient donc attribuées un adjectif : elles sont dites errantes, noires ou bien encore orphelines. Elles sont plus couramment et moins romantiquement appelées objets libres de masse planétaire.

L’estimation de leur nombre est source de controverses : une étude publiée en 2011 dans la revue Nature suggère qu’il existe dans la Voie Lactée deux fois plus de géantes gazeuses errantes (de type Jupiter) que d’étoiles. Et donc probablement bien plus de corps rocheux (de type Mars ou la Terre). Une autre étude publiée par des chercheurs du KIPAC (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology) estime qu’il y aurait 100 000 fois plus de planètes errantes que d’étoiles dans notre galaxie – sachant que la Voie Lactée contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles !

La mise à l’écart

Les conditions de leur formation demeurent encore mystérieuses :

• Elles se formeraient dans un système solaire traditionnel, assez loin de leur étoile, avant d’en être éjecté par la force gravitationnelle d’une géante gazeuse ou suite à une violente collision avec un autre corps (ou bien même suite à l’explosion de leur étoile)
• Elles se formeraient d’elles-mêmes à partir de globulettes – des petits nuages sombres de gaz et de poussière très denses hébergés au sein des nébuleuses, peut-être capables de s’effondrer sous leur propre poids, devenant ainsi des planètes errantes ou des naines brunes

Cette dernière hypothèse est surprenante dans la mesure où elle suggérerait une deuxième théorie de formation des planètes – la première explique que les planètes se forment au sein d’un disque protoplanétaire, par l’agrégation de grains de poussière qui forment peu à eu des corps compacts de plus en plus massifs.

Voir l’invisible

En 1995, Michel Mayor et Didier Queloz découvrent la première exoplanète (une planète en orbite autour d’une autre étoile que notre Soleil). Depuis, plus de 2 000 exoplanètes ont été découvertes. Les méthodes d’observation directes sont extrêmement prometteuses, mais elles sont pour la plupart encore à l’état de projets (pour certains bien avancés, comme l’Extremely Large Telescope ou le télescope spatiale James Webb, successeur d’Hubble).

Pourquoi est-il difficile d’observer une exoplanète ? Parce qu’elles sont très éloignées de la Terre, évidemment, mais aussi parce que les planètes ne produisent pas de lumière : il faut donc se contenter de celle que leur renvoie l’étoile autour de laquelle elles orbitent.

La tâche pourrait donc se révéler encore plus complexe pour ces planètes sans étoile, perdues dans le noir du vide intersidéral. Ce n’est pas forcément vrai. Philippe Delorme, de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble, commente la découverte de CFBDSIR2149, planète errante située à environ 100 années-lumière du Système Solaire, par une analogie très simple :

Cet objet flottant librement à proximité [de la Terre] offre l’opportunité d’étudier la luciole en détail sans les lumières aveuglantes d’une voiture pour tout gâcher.

Une méthode de détection fréquemment employée s’appuie sur l’effet de microlentille gravitationnelle. En 2011, dix planètes errantes dont l’existence était jusqu’alors soupçonnée mais jamais confirmée ont été détectées par cette méthode. Cette technique est souvent utilisée pour détecter des objets dont la luminosité est faible ou inexistante, tels que des exoplanètes, des étoiles à neutron ou, donc, des planètes errantes.

Pour bien comprendre cette méthode, il faut d’abord parler de l’effet de lentille gravitationnelle, prédite par la Relativité générale d’Einstein, et dont l’effet de microlentille gravitationnelle découle. Lorsqu’un objet passe devant une étoile, les rayons lumineux de cette dernière sont déviés, courbés par le champ gravitationnel de l’objet : ils fournissent aux observateurs terriens image déformée – un mirage.

L’effet de microlentille gravitationnel est plus rare : il intervient lorsqu’une étoile est alignée sur une seconde étoile en arrière-plan, laissant ainsi deviner des objets autour de la première, par exemple des planètes. Les rayons lumineux de l’étoile en arrière-plan sont donc d’abord déviés par l’étoile au premier-plan, puis par l’exoplanète ou la planète errante.

Alone in the dark

L’intuition voudrait que ces mondes éloignés de la source de chaleur d’une étoile soient froids, hostiles et peu propices à l’émergence de la vie. La quête de la vie extraterrestre se base aujourd’hui en partie sur la zone d’habilité, une sphère théorique autour des étoiles où la température des planètes y orbitant permettrait la présence d’eau liquide et donc, potentiellement, de vie. Dès lors, comment une planète sans étoile serait habitable ? Soyons créatifs : la zone d’habilité suggère la présence d’une vie sur une planète aux caractéristiques proches de la Terre – à ce jour le seul exemple de vie dans l’Univers dont nous disposons. Rien ne dit pour autant que la vie ne puisse se développer dans d’autres conditions, sous d’autres formes. La frontière entre science et science-fiction, sur de tels sujets, devient nettement plus ténue, mais il n’est pas interdit de rêver. En restant, évidemment, rigoureux.

Pour héberger de la vie, une planète errante doit contenir de l’eau à l’état liquide. Or, l’espace est froid, très froid. Mais la chaleur des planètes ne provient pas uniquement de leur proximité avec leur étoile. Toute planète produit de la chaleur, issue de l’énergie dégagée par les collisions qu’elles subissent durant leur formation.

Certaines planètes errantes, avant leur éjection, pourraient présenter des cractéristiques similaires à celles de la Terre, avec des continents et des océans. Un modèle développé par deux chercheurs de l’Université de Chicago, Dorian Abott et Eric Switzer, suggère la possibilité qu’une vie marine puisse survivre après l’éjection d’une planète hors de son système solaire. Ils surnomment une telle planète Steppenwolf (en français loup des steppes) :

Puisque n’importe quelle vie dans cet habitat étrange serait comme un loup solitaire errant dans la steppe galactique.

Si la masse de cette planète est comprise entre 0,1 et 10 fois celle de la Terre, la chaleur restante de sa formation ainsi que la décomposition des éléments radioactifs des roches pourrait maintenir un océan d’eau chaude en-dessous d’une couche de glace. Les deux chercheurs en conviennent toutefois : une telle vie serait probablement microscopique.

Une mince atmosphère d’hydrogène pourrait également retenir la chaleur interne de la planète et ainsi maintenir la présence d’eau liquide en surface.

Bien, il serait donc possible de maintenir de l’eau à l’état liquide, en surface ou en profondeur, sur une planète errante. Reste une autre question : les organismes qui y nageraient seraient-ils seulement en mesure de survivre sans les apports du Soleil ? Pour y répondre, revenons sur Terre, à ce jour le meilleur laboratoire dont les scientifiques disposent. Un article de Sean Raymond, du laboratoire d���Astrophysique de Bordeaux, rappelle l’existence sur notre planète des organismes chimiotrophes. A la différence des organismes photosynthétiques qui convertissent l’énergie de la lumière en énergie chimique (c’est la photosynthèse – mécanisme utilisé par les plantes), les chimiotrophes se nourrissent sans utiliser l’énergie du Soleil.

Une biosphère issue du travail de ces chimiotrophes, à partir duquel des organismes plus complexes se développeraient, est difficilement envisageable ; leur efficacité biologique est en effet faible, comme le rappelle Sean Raymond :

En lieu et place d’un arbre fonctionnant à la photosynthèse et capable de produire mille pommes, il faudrait mille arbre fonctionnant à la chimiotrophie pour produire une pomme chacun.

Il conçoit toutefois la présence, au sein de sources de chaleurs localisées, d’organismes similaires aux vers tubicoles géants que l’on retrouve sur Terre…

Elles sont nombreuses, invisibles, errent dans la nuit noire. Objets libres, dont les mouvements se dérobent aux orbites, elles ne révéleront peut-être jamais les mystères qu’elles recèlent. Les éventuelles plaines, montagnes, glaciers, cratères, plongés à tout jamais dans l’obscurité. Pensez-y, lorsque vous lèverez les yeux vers le ciel clouté d’étoiles : définitivement, c’est bien l’invisible qui règne là-haut.