Trouver une seconde Terre est le grand chelem de l'astronomie moderne. Problème : la moitié des étoiles de type solaire qui peuplent notre voisinage vivent en couple. Et ces systèmes doubles, les méthodes actuelles ne savent presque pas les fouiller. Un concept de mission de la NASA nommé SHERA propose d'y remédier avec un télescope de 22 cm, une règle gravitationnelle et une précision de mesure qui frôle la science-fiction.
La moitié des étoiles proches, un désert d'exploration
Commençons par un chiffre qui surprend : près de 50 % des étoiles de type solaire proches du Soleil ne sont pas seules. Elles orbitent à deux, parfois plus. Le système le plus proche de nous, Alpha du Centaure à 4,3 années-lumière, est un triple : deux étoiles de type solaire, A et B, et une naine rouge distante. Autrement dit, les candidats « Terre 2.0 » les plus accessibles de la Galaxie se cachent peut-être dans des systèmes que personne ne sonde.
La raison de ce désert d'exploration est technique. Le transit, la méthode qui a fait la fortune de Kepler, demande un alignement parfait : une planète de la taille de la Terre ne masque que 100 parties par million de la lumière d'une étoile de type solaire. Quant à la vitesse radiale, la planète tellurique en zone habitable ne fait vaciller son étoile que de 9 cm/s, alors que les meilleurs spectrographes au monde plafonnent autour de 50 cm/s, freinés par l'activité de surface des étoiles elles-mêmes.
Astrométrie relative : la binaire comme règle de mesure
La solution de SHERA tient dans une idée simple et élégante. Plutôt que de mesurer la position d'une étoile par rapport à un fond de référence, ce que fait Gaia avec une précision d'environ 100 micro-arcsecondes, SHERA mesure la distance entre les deux étoiles d'une même binaire. Deux étoiles liées gravitationnellement, c'est une règle de mesure qui se déplace avec vous : toute erreur d'optique ou de fond se compense, car les deux lumières traversent le même instrument au même moment.
Si l'une des deux étoiles porte une planète, elle oscille légèrement autour du centre de masse commun. Cette oscillation se traduit par une modulation périodique de la séparation entre les deux étoiles. SHERA la traquerait jour après jour, avec une précision visée de 0,5 à 1,1 micro-arcseconde selon les cibles, soit environ 20 fois mieux que Gaia.
Une pupille diffractante gravée au faisceau d'électrons
Comment un télescope de 22 cm, plus petit qu'un modèle d'amateur, atteint-il une précision pareille ? La réponse tient dans une gravure. Le miroir primaire de SHERA embarque une pupille diffractante : un motif de phase binaire gravé par lithographie à faisceau d'électrons, la même technique qui sert à graver les puces de vos smartphones. Ce masque diffracte la lumière des étoiles en une figure connue sur le détecteur.
Cette figure remplit trois fonctions. Elle sert de règle interne qui mesure en continu les déformations de l'optique. Elle étale la lumière sur plusieurs zones du détecteur, ce qui lisse les défauts de fabrication du capteur. Et elle surveille la couleur effective de la lumière reçue, pour distinguer un signal planétaire d'une tache stellaire qui ferait varier le spectre de l'étoile.
La liste de cibles : 7 systèmes, 14 étoiles, 4 planètes attendues
SHERA viserait 14 étoiles réparties dans 7 systèmes binaires proches, tous à moins de 17 parsecs, soit 55 années-lumière. Que du G et du K, nos cousins stellaires directs. En tête de liste : Alpha du Centaure A et B, avec une sensibilité annoncée à 0,4 masse terrestre, la meilleure de tout l'échantillon. Puis 61 Cygni, 70 Ophiuchi, 36 Ophiuchi, Xi Bootis, p Eridani et le couple HR 2667/2668.
En étendant les taux d'occurrence des exoplanètes mesurés par Kepler aux périodes de 3 ans, l'équipe attend 4 ± 2 petites planètes de moins de 4 masses terrestres en zone habitable. Le résultat compte même en cas de vide : si SHERA n'en trouvait que 0 ou 1, cela prouverait statistiquement que les binaires forment nettement moins de planètes rocheuses que les étoiles solitaires.
Ce que cela change pour la recherche de vie
SHERA n'est pas qu'un chasseur de planètes. C'est aussi un aviseur pour le futur géant de la NASA. Sur les 14 cibles, 13 figurent dans la liste des cibles de priorité 1 du Habitable Worlds Observatory, l'observatoire de 6 à 8 m que la NASA espère lancer dans les années 2040 pour photographier des Terres jumelles.
L'intérêt est économique. Une simulation présentée dans le papier montre que si SHERA découvre 3 planètes autour de cibles de haute priorité, le temps d'observation nécessaire à HWO pour caractériser un nombre donné de planètes baisse de 40 %. Dans un observatoire où chaque heure se chiffre en dizaines de milliers de dollars, ce n'est pas un détail. Connaître à l'avance l'existence et l'orbite d'une planète, c'est éviter des années de pointages à vide.
Autre dividende : combinée aux mesures de vitesse radiale au sol, l'astrométrie de SHERA reconstruirait la géométrie 3D complète de ces systèmes, l'inclinaison, l'excentricité, les masses. Un laboratoire dynamique pour comprendre comment les étoiles doubles façonnent la formation des planètes, une question encore ouverte depuis la découverte des premières exoplanètes en orbite de type S.
Pour aller plus loin
- Le catalogue d'engins qui mesure le ciel : Gaia, la référence mondiale de l'astrométrie spatiale, dont SHERA compte dépasser la précision d'un facteur 20.
- Les notions clés : exoplanète, habitabilité et spectroscopie.
- Pour observer les binaires les plus brillantes de la liste, 61 Cygni et 70 Ophiuchi se trouvent dans la carte du ciel interactive, avec le guide d'observation.
- Les sources officielles : le papier scientifique Christiansen et al., arXiv:2608.04250 et la page de la mission concept à l'IPAC/Caltech.
