L'étoile fut d'abord découverte en 1999 par l'astronome John Gizis et ses collèques dans le cadre du programme Two Micron All-Sky Survey (2MASS)[7]. Puis trois de ses planètes sont découvertes en à l'aide du télescope belge TRAPPIST (the TRAnsiting Planets and Planetesimals Small Telescope) installé sur deux sites : le site TRAPPIST-S (TRAPPIST Sud) à l'Observatoire de La Silla, au Chili[2] et le site TRAPPIST-N (TRAPPIST Nord) à l'Observatoire de l'Oukaïmeden au Maroc[8]. Les informations fournies par ces deux télescopes ont été croisées et complétées par celles de quatre télescopes basés aux Canaries, à Hawaï et en Afrique du Sud et enfin par une observation durant une vingtaine de jours à l'aide du télescope spatial Spitzer, permettant de découvrir les quatre autres planètes[9].
Ces planètes sont très proches de leur étoile, autour de laquelle elles orbitent à de très faibles distances : elles sont six à quarante fois plus proches de leur étoile que Mercure ne l'est de l'astre solaire dans notre système. Ces orbites sont presque en résonance les unes avec les autres : pendant que la planète TRAPPIST-1 b effectue 8 révolutions, les planètes c, d, e, f et g effectuent respectivement 5, 3, 2, 4/3 et 1[12] révolution.
Les planètes découvertes possèdent probablement[10] toutes une rotation synchrone, et présentent donc toujours la même face à leur étoile[13]. Trois d'entre elles (TRAPPIST-1 e, TRAPPIST-1 f et TRAPPIST-1 g[14]) sont situées à une distance de leur étoile qui pourrait leur permettre d'abriter de l'eau liquide. TRAPPIST-1 e, TRAPPIST-1 f et TRAPPIST-1 g pourraient posséder un océan d'eau liquide en surface avec une atmosphère similaire à celle de la Terre bien que verrouillées gravitationnellement. Avec des atmosphères identiques, TRAPPIST-1 b, TRAPPIST-1 c et TRAPPIST-1 d subiraient un emballement de l'effet de serre bien que la possibilité d'eau liquide en surface dans des régions limitées ne soit pas exclue (à la condition qu'une partie de l'eau se soit maintenue durant la phase chaude de la formation du système)[10]. Bien que réduite face à d'autres naines M tardives, les planètes du système subissent néanmoins une forte irradiation dans les domaines ultraviolet extrême et X en comparaison de la Terre[3],[15], ce qui pourrait avoir des conséquences significatives sur le maintien de leur atmosphère, favorisant notamment la photodissociation de la vapeur d'eau et l'échappement atmosphérique de l'hydrogène[15]. La forte activité de TRAPPIST-1 a est à l'origine de tempêtes stellaires importantes qui font temporairement mais significativement reculer la zone habitable et pourraient également modifier l'atmosphère des exoplanètes du système (un champ magnétique de l'ordre de quelques dizaines à centaines de gauss pourrait contrer ces effets sur l'atmosphère mais les planètes telluriques disposent de champs magnétiques généralement plus faibles, comme 0,5 gauss pour la Terre)[16].
Par ailleurs, l'âge de TRAPPIST-1 a étant évalué à 7,6 ± 2,2 milliards d'années, le niveau de rayonnements actuels est probablement suffisamment important pour avoir entraîné l'évaporation d'au moins l'équivalent de l'ordre d'un océan terrestre sur les planètes TRAPPIST-1 b, TRAPPIST-1 c, TRAPPIST-1 d et TRAPPIST-1 e[3]. Cependant, les planètes du système, dans le cas où elles disposeraient de faibles masses volumiques, possèdent potentiellement des réservoirs de substances volatiles dont de l'eau et l'évaporation de l'eau et l'échappement de l'hydrogène peuvent conduire à une atmosphère riche en oxygène, en particulier en ozone, ce dernier réduisant le flux surfacique d'ultraviolets[3]. Enfin, les températures de surface de TRAPPIST-1 h sont probablement trop faibles pour permettre la présence d'eau liquide en surface, sauf s'il existe un réchauffement par effet de marée non négligeable ou des restes d'une atmosphère primordiale suffisamment importants pour avoir ralenti le refroidissement de la planète[10] ou engendrer un effet de serre (notamment si l'atmosphère est riche en dihydrogène)[17].
Leur relativement faible éloignement avec la Terre permet d'espérer que l'on pourra bientôt en étudier l'atmosphère par spectroscopie.
En août 2017, de nouveaux travaux étudiant la perte d'eau des planètes du système sont publiés. Ceux-ci suggèrent que TRAPPIST-1 b et TRAPPIST-1 c sont en situation d'emballement de l'effet de serre depuis leur formation (à la condition que celles-ci se soient formées avec suffisamment d'eau pour entretenir la situation d'emballement jusqu'à aujourd'hui), ce qui aurait potentiellement engendré des pertes de l'ordre de l'équivalent de vingt océans terrestres pour la première et dix pour la seconde. TRAPPIST-1 d (dans le cas où celle-ci a une rotation synchrone), TRAPPIST-1 e, TRAPPIST-1 f, TRAPPIST-1 g et TRAPPIST-1 h ont subi un emballement de l'effet de serre qui a duré entre dix millions et quelques centaines de millions d'années. Si TRAPPIST-1 d n'est pas en rotation synchrone avec son étoile, il est possible qu'elle soit encore en situation d'emballement de l'effet de serre. En considérant que les pertes d'eau n'ont lieu qu'en situation d'emballement de l'effet de serre, l'étude suggèrent également que TRAPPIST-1 d (avec une rotation synchrone), TRAPPIST-1 e et TRAPPIST-1 f pourraient avoir subi une perte inférieure à l'équivalent de quatre océans terrestres chacune durant ce processus et TRAPPIST-1 g et TRAPPIST-1 h l'équivalent d'un chacune.
D'autre part, une part significative de l'eau potentiellement présente en surface sur les planètes en zone habitable pourrait avoir été apportée par dégazage après l'entrée de celles-ci dans la zone habitable (potentiellement de l'ordre de l'équivalent d'un à deux océans terrestres). Ce dégazage tardif pourrait ainsi être un élément critique pour maintenir l'habitabilité de planètes du système. Toutefois l'équipe, dirigée par Vincent Bourrier de l'Observatoire de l'université de Genève, appelle à un optimisme mesuré au sujet de ces nouvelles découvertes et souligne : « la nécessité de réaliser des études théoriques et des observations complémentaires de toutes les longueurs d'onde, dans le but de déterminer la nature des planètes de TRAPPIST-1 et leur potentiel d'habitabilité ». Des études plus pointues devraient être menées grâce aux capacités du futur télescope spatial James-Webb[18],[19].
Les différentes planètes du système ont été détectées par la méthode des transits, et inversement la Terre sera détectable par cette même méthode depuis le système TRAPPIST dans environ 1 600 ans[20].
Le système planétaire TRAPPIST-1 avec tailles et distances à l'échelle, comparé avec la Terre et la Lune
TRAPPIST-1 a, l'étoile
L'étoile est une naine ultra-froide[21]. Son rayon et sa masse sont respectivement égaux à environ 11,5 % et 8 % de ceux du Soleil. Elle a été répertoriée dans le catalogue 2MASS (2003) sous la désignation 2MASS J23062928-0502285 avant que le système ne reçoive la désignation TRAPPIST-1 après que des planètes y ont été découvertes. En plus de sa désignation 2MASS, l'étoile a donc depuis la désignation TRAPPIST-1 a, usuellement abrégée simplement en TRAPPIST-1 quand il n'y a pas de risque de confusion avec le système global.
Cette étoile a un âge estimé de 7,6 ± 2,2 milliards d'années. Parce qu'elles sont bien moins lumineuses et totalement convectives, les naines rouges ont une durée de vie beaucoup plus longue que le Soleil. Une étoile avec 8 % de la masse solaire, comme TRAPPIST-1, est destinée à rester sur la séquence principale jusqu'à 12 000 milliards d'années, puis évoluera vers une étape de naine bleue en devenant plus chaude (« bleue » par opposition aux étoiles plus massives qui elles deviennent des géantes rouges). Cette étoile a une métallicité (l'abondance des éléments qui ne sont pas l'hydrogène et l'hélium) semblable au Soleil, avec une abondance de fer de 109 % de la valeur solaire.
La taille de cette planète est comparable à celle de la Terre, et sa période orbitale est de 2,421 823 3 (± 17 × 10-7) jours terrestres[24],[10] et est à environ 0,015 UA de son étoile, soit environ 2,25 millions de km.
Lors de la publication de la découverte des premières planètes de ce système par Michaël Gillon et ses collaborateurs en 2016, deux transits n'appartenant pas aux planètes b et c avaient été attribués à une même troisième planète dont la période de révolution, mal contrainte, était estimée à entre 4,5 et 73jours terrestres[24]. Grâce à de nouvelles observations, il s'est avéré que ces deux transits appartenaient à deux planètes distinctes, désormais nommées TRAPPIST-1 d et e. Après une nouvelle étude, la période de révolution de TRAPPIST-1 d est finalement évaluée à 4,049 610 (± 63 × 10-6) jours terrestres[10].
En diamètre, en densité et en quantité de rayonnement qu'elle reçoit de son étoile, c'est la planète orbitant autour de TRAPPIST-1 la plus similaire à la Terre[5],[26] et est située à 0,028 UA de son étoile, soit environ 4,2 millions de kilomètres.
TRAPPIST-1 f a une période de révolution de 9,206 690 (± 15 × 10-6) jours terrestres[10] et est située à 0,037 ua de son étoile, soit environ 5,54 millions de kilomètres.
TRAPPIST-1 g a une période de révolution de 12,352 94 (± 12 × 10-5) jours terrestres[10] et est à environ 0,046 7 UA de son étoile, soit environ 7 millions de kilomètres.
La période de révolution de TRAPPIST-1 h est d'environ 18,765 jours terrestres[17] et est à environ 0,0617 UA de son étoile, soit environ 9,3 millions de kilomètres.
Selon Brice-Olivier Demory, il pourrait exister une huitième planète au-delà des sept premières. Cette planète supplémentaire serait de la taille de Mars. Son existence reste néanmoins à confirmer par des observations supplémentaires[27]. Le chronométrage des avances ou retard des transits n'a, pour le moment, pas révélé la présence d'une planète supplémentaire. Ceci a permis de contraindre plus fortement la masse et l'orbite des autres planètes[28].
Tableau récapitulatif des caractéristiques
Caractéristiques des planètes du système TRAPPIST-1[6]
Surface de la planète f, certaines planètes du système contiendraient probablement de l'eau liquide
Comparaison entre les objets identifiés du système TRAPPIST-1 et quelques objets du Système solaire.
Vidéo présentant le système TRAPPIST-1.
En haut : représentation d'artiste des 7 planètes du système TRAPPIST-1 (les nombres indiquent pour chacune la période orbitale, la distance à l'étoile, le rayon et la masse, comparés à la Terre). En bas : les planètes telluriques du Système solaire, à la même échelle.
Représentation d'artiste du système planétaire de TRAPPIST-1, respectant les valeurs relatives des diamètres et des distances à l'étoile.
↑ a et b(en) S Grimm, B-O Demory, M Gillon, C Dorn, E Agol, A Burdanov, L Delrez, M Sestovic, A. Triaud, M Turbet, E Bolmont, A Caldas, J de Wit, E Jehin, J Leconte, S Raymond, V Van Grootel, A Burgasser, S Carey, D Fabrycky, K Heng, D Hernandez, et al., Astronomy & Astrophysics, Forthcoming article Received: 03 November 2017 / Accepted: 21 January 2018 DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201732233
↑(en) V. Bourrier, J. de Wit, E. Bolmont, V. Stamenković, P. J. Wheatley, A. J Burgasser, L. Delrez, B.-O. Demory, D. Ehrenreich, M. Gillon, E. Jehin, J. Leconte, S. M. Lederer, N. Lewis, A. H. M. J. Triaud et V. Van Grootel, « Temporal Evolution of the High-energy Irradiation and Water Content of TRAPPIST-1 Exoplanets », The Astronomical Journal, vol. 154, no 3, (DOI10.3847/1538-3881/aa859c, arXiv1708.09484v1).
↑(en) L. Kaltenegger et J. K. Faherty, « Past, present and future stars that can see Earth as a transiting exoplanet », Nature, vol. 594, (lire en ligne)
: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.
Articles scientifiques
[Bolmont et al. 2016] (en) Émeline Bolmont et al., « Water loss from Earth-sized planets in the habitable zones of ultracool dwarfs: Implications for the planets of TRAPPIST-1 » [« Perte d'eau par les planètes de la taille de la Terre : implications pour les planètes de TRAPPIST-1 »], arXiv, (lire en ligne [PDF])
Les co-auteurs sont, outre Émeline Bolmont, F. Selsis, J. E. Owen, Ignasi Ribas, S. N. Raymond, J. Leconte et Michaël Gillon.
[Bourrier et al. 2017] (en) V. Bourrier, D. Ehrenreich, P. J. Wheatley, E. Bolmont, M. Gillon, J. de Wit, A. J. Burgasser, E. Jehin, D. Queloz et A. H. M. J. Triaud, « Reconnaissance of the TRAPPIST-1 exoplanet system in the Lyman-α line », Astronomy & Astrophysics, vol. 599, (ISSN0004-6361 et 1432-0746, DOI10.1051/0004-6361/201630238, lire en ligne, consulté le ).
[Burgasser et Mamajek 2017] (en) Adam J. Burgasser et Eric E. Mamajek, « On the Age of the TRAPPIST-1 System » [« À propos de l'âge du système de TRAPPIST-1 »], ArXiv, (arXiv1706.02018, lire en ligne).
Les co-auteurs sont, outre Michaël Gillon, Emmanuel Jehin, Susan M. Lederer, Laetitia Delrez, Julien de Wit, Artem Burdanov, Valérie Van Grootel, Adam Burgasser, Cyrielle Opitom, Amaury H. M. J. Triaud, Brice-Olivier Demory, Devendra K. Sahu, Daniella Bardalez Gagliuffi, Pierre Magain et Didier Queloz. L'article, reçu le , a été accepté le et publié en ligne le .
[Gillon et al. 2017] Michaël Gillonet al., « Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1 » [« Sept planètes telluriques tempérées autour de l'étoile naine ultrafroide TRAPPIST-1 »], Nature, no 542, , p. 456-460 (DOI10.1038/nature21360, lire en ligne [PDF]).
Les co-auteurs sont, outre Michaël Gillon, Amaury H. M. J. Triaud, Brice-Olivier Demory, Emmanuel Jehin, Eric Agol, Katherine M. Deck, Susan M. Lederer, Julien de Wit, Artem Burdanov, James G. Ingalls, Emeline Bolmont, Jeremy Leconte, Sean N. Raymond, Franck Selsis, Martin Turbet, Khalid Barkaoui, Adam Burgasser, Matthew R. Burleigh, Sean J. Carey, Aleksander Chaushev, Chris M. Copperwheat, Laetitia Delrez, Catarina S. Fernandes, Daniel L. Holdsworth, Enrico J. Kotze, Valérie Van Grootel, Yaseen Almleaky, Zouhair Benkhaldoun, Pierre Magain et Didier Queloz. L'article, reçu le , a été accepté le et publié en ligne le .
Les co-auteurs sont, outre Steve B. Howell, Mark E. Everett, Elliott P. Horch, Jennifer G. Winters, Lea Hirsch, Dan Nusdeo et Nicholas J. Scott.
[Luger et al. 2017] (en) Rodrigo Luger, Marko Sestovic, Ethan Kruse, Simon L. Grimm, Brice-Olivier Demory, Eric Agol, Emeline Bolmont, Daniel Fabrycky, Catarina S. Fernandes, Valérie Van Grootel, Adam Burgasser, Michaël Gillon, James G. Ingalls, Emmanuel Jehin, Sean N. Raymond, Franck Selsis, Amaury H. M. J. Triaud, Thomas Barclay, Geert Barentsen, Steve B. Howell, Laetitia Delrez, Julien de Wit, Daniel L. Holdsworth, Jérémy Leconte, Susan Lederer, Martin Turbet, Yaseen Almleaky, Zouhair Benkhaldoun, Pierre Magain, Brett M. Morris, Kevin Heng, Didier Queloz et Daniel Foreman-Mackey, « A seven-planet resonant chain in TRAPPIST-1 », Nature Astronomy, vol. 1, (ISSN2397-3366, DOI10.1038/s41550-017-0129, lire en ligne, consulté le ).
Articles de médias de vulgarisation ou généralistes
[Barthélémy/Le Monde.fr 2017] Pierre Barthélémy, « Sept planètes rocheuses découvertes autour d’une étoile naine », Le Monde.fr, (ISSN1950-6244, lire en ligne, consulté le ).
[Morin/Le Monde 2016] Hervé Morin, « Exoplanètes : pourquoi les planètes entourant l’étoile naine Trappist-1 ne sont pas « habitables » », Le Monde, (lire en ligne, consulté le ).