Proxima du Centaure b

Quel type de planète est Proxima du Centaure b ?

Proxima du Centaure b est une planète confirmée. Elle fait le tour de son étoile en environ 11,18 jours, à une distance moyenne d’environ 7,25 millions de kilomètres. La plus petite masse compatible avec les observations vaut près de 1,06 fois celle de la Terre. Mais la planète n’a pas été vue passant devant son étoile : sa taille, sa densité, son atmosphère et sa surface n’ont donc pas été mesurées directement. Une masse proche de celle de la Terre et une place dans la zone habitable ne suffisent pas à en faire un monde semblable au nôtre.

La planète n’a été découverte ni sur une photographie ni en la voyant masquer la lumière de l’étoile. Sa gravité fait très légèrement avancer et reculer Proxima du Centaure. Lorsque l’étoile se rapproche de la Terre ou s’en éloigne, sa lumière présente une différence infime. Cette variation s’est répétée environ tous les 11,18 jours, et la même période a été retrouvée dans les observations en lumière visible et dans le proche infrarouge.

• Environ 11,18 jours Temps mis par Proxima b pour faire un tour de son étoile
• Environ 7,25 millions de km Distance moyenne entre l’étoile et la planète
• Environ 1,06 masse terrestre Plus petite masse permise par les observations
• Environ 64 % de la Terre Énergie stellaire reçue par rapport à notre planète

Comment connaître la masse d’une planète que l’on ne voit pas ?

Quand Proxima b attire son étoile, celle-ci se déplace aussi d’une quantité minuscule. Depuis la Terre, la vitesse de l’étoile dans une direction varie au maximum d’environ 1,23 mètre par seconde. Les scientifiques utilisent de subtiles différences dans la lumière de l’étoile pour mesurer sa vitesse lorsqu’elle se rapproche ou s’éloigne de nous. La durée et l’amplitude de ce mouvement répété permettent de calculer l’orbite et la masse possible de la planète.

Cette méthode n’indique pas immédiatement l’inclinaison de l’orbite par rapport à notre ligne de visée. Elle ne mesure que la partie du mouvement de l’étoile dirigée vers la Terre ou dans la direction opposée. La masse calculée est donc la plus petite valeur possible, et pas nécessairement la masse réelle. Si l’orbite est fortement inclinée de notre point de vue, la masse réelle pourrait dépasser 1,06 masse terrestre.

Les taches sombres et les régions brillantes de l’étoile peuvent elles aussi modifier sa lumière et produire un signal ressemblant à celui d’une planète. Les scientifiques ont comparé la luminosité, l’activité magnétique et les vitesses mesurées dans plusieurs types de lumière. Après avoir vérifié que le signal de 11,18 jours se répétait avec différents instruments, ils ont classé Proxima b comme planète confirmée et non comme simple candidate.

Pourquoi ignorons-nous encore sa taille et son aspect réel ?

Lorsqu’une planète passe devant son étoile, la proportion de lumière qu’elle masque permet de mesurer son rayon. Aucun passage de ce type n’a été confirmé pour Proxima b. Sans rayon, il est impossible de calculer sa densité moyenne en divisant sa masse par son volume. Il est également difficile de savoir si elle est principalement rocheuse, riche en eau ou enveloppée d’une épaisse couche de gaz.

Le rayon d’environ 1,02 rayon terrestre indiqué dans le catalogue de NASA est une estimation, pas une mesure directe. Il est déduit de la taille d’autres exoplanètes de masse comparable. La taille et la surface représentées sur cette page reposent elles aussi sur cette estimation et sur plusieurs compositions possibles. Ce ne sont pas des photographies montrant de vrais océans, nuages, continents ou couleurs.

La période orbitale, la distance à l’étoile, la masse minimale et l’énergie reçue de Proxima b sont connues. Son rayon, sa densité, son atmosphère et sa surface n’ont pas encore été mesurés.

Que signifie le fait d’orbiter dans la zone habitable ?

Proxima b reçoit environ 64 % de l’énergie que la Terre reçoit du Soleil. Elle se trouve à une distance où de l’eau liquide pourrait exister à la surface si une atmosphère retenait une quantité adéquate de chaleur. Cette région est appelée zone habitable, mais s’y trouver ne signifie pas que de l’eau ou une atmosphère ont réellement été découvertes.

Sans atmosphère, la température de la planète dépendrait fortement de la quantité de lumière réfléchie par la surface et de la façon dont les faces diurne et nocturne libèrent leur chaleur. Avec une atmosphère, la nature et la quantité des gaz, la pression, les nuages et les vents modifieraient de nouveau la température. La valeur d’environ 218 K, soit près de −55 °C, donnée dans le catalogue n’est pas une température de surface observée. C’est une valeur de comparaison calculée en supposant l’absence d’atmosphère et une répartition déterminée de la chaleur.

La planète étant très proche de son étoile, elle tourne probablement une fois sur elle-même par orbite et lui présente toujours la même face. On parle de rotation synchrone, mais la rotation de Proxima b n’a pas été mesurée directement. Même en rotation synchrone, une atmosphère assez épaisse pourrait transporter la chaleur de la face éclairée vers la face nocturne. Sans atmosphère, l’écart de température entre les deux faces pourrait être bien plus grand.

La zone habitable est un intervalle défini par la distance à l’étoile et la quantité de lumière reçue par une planète. Elle ne signale pas que de l’eau liquide, de l’oxygène, une forme de vie ou un milieu habitable par l’être humain ont été confirmés.

Une atmosphère peut-elle subsister malgré de puissantes éruptions ?

Proxima du Centaure produit fréquemment des éruptions riches en ultraviolet et en rayons X. Les rayonnements très énergétiques peuvent briser les molécules atmosphériques et aider certaines particules à échapper à la gravité de la planète. Comme Proxima b se trouve près de son étoile, ce phénomène pourrait avoir un effet important sur une longue durée si une atmosphère est présente.

Une étude de NASA publiée en 2017 n’a pas observé l’atmosphère réelle de Proxima b. Elle a modélisé une planète imaginaire dotée d’une atmosphère, d’une gravité et d’un champ magnétique semblables à ceux de la Terre, placée sur l’orbite de Proxima b. En faisant varier la température de la haute atmosphère et la facilité avec laquelle le gaz pouvait s’échapper, la durée nécessaire pour perdre l’équivalent d’une atmosphère terrestre allait d’environ 100 millions à 2 milliards d’années. Le résultat changeait donc fortement avec les hypothèses de départ.

Nous ignorons si Proxima b possédait au départ une atmosphère plus épaisse, si son activité interne renouvelle les gaz ou si elle a un champ magnétique. Rien ne prouve non plus qu’une atmosphère subsiste aujourd’hui. Les observations actuelles ne permettent donc de confirmer ni que « son atmosphère a disparu » ni qu’« elle possède une atmosphère semblable à celle de la Terre ».

1. Mesurer l’oscillation de l’étoile Déduire de son mouvement de va-et-vient la période orbitale et la plus petite masse possible.
2. Calculer la lumière reçue par la planète La comparer à celle de la Terre grâce à la luminosité de l’étoile et à la distance orbitale.
3. Chercher un passage devant l’étoile Aucun n’a été observé ; cette méthode ne peut donc pas mesurer directement la taille, la densité ou l’atmosphère.
4. Calculer plusieurs conditions possibles Comparer la température et la perte d’atmosphère sous différentes hypothèses d’atmosphère, de rotation et de champ magnétique.
5. Poursuivre avec d’autres méthodes Séparer la lumière de la planète de celle de l’étoile pour chercher une atmosphère et utiliser le déplacement de l’étoile dans le ciel pour mieux cerner la masse réelle.

Quelles observations nous permettraient d’en savoir plus sur Proxima b ?

Comme Proxima b ne passe pas devant son étoile, on ne peut pas employer la méthode habituelle qui mesure la lumière stellaire après son passage dans une atmosphère planétaire. La planète est beaucoup moins lumineuse que l’étoile et paraît collée à elle dans le ciel. Pour étudier une atmosphère, un grand télescope devrait masquer autant que possible la lumière de l’étoile, isoler celle de la planète et y chercher les signatures de gaz précis.

Des mesures précises du déplacement de l’étoile dans le ciel pourraient mieux déterminer l’inclinaison de l’orbite et la masse réelle de la planète. De longues observations du mouvement de l’étoile vers l’avant et l’arrière permettraient aussi de mieux séparer les variations dues aux taches et aux éruptions de celles dues à la planète. Proxima b n’est pas importante parce qu’elle serait connue comme une copie de la Terre, mais parce que cette petite planète proche montre l’écart entre les faits confirmés et les propriétés qui dépendent encore de calculs.

Sources

• NASA Exoplanet Archive — Proxima Centauri b
• NASA Science — Proxima Centauri b
• ESO — Planet Found in Habitable Zone Around Nearest Star
• Astronomy & Astrophysics — ESPRESSO Analysis
• Astronomy & Astrophysics — Proxima Centauri with NIRPS
• NASA Science — An Earth-like Atmosphere May Not Survive Proxima b’s Orbit
• NASA Science — Neighboring Star’s Bad Behavior