Depuis la première détection d’une planète autour d’une étoile autre que le Soleil en 1995, l’astronomie a connu une véritable révolution. Nous savons aujourd’hui que les planètes sont partout dans la Galaxie, et probablement plus nombreuses que les étoiles elles-mêmes. Mais une question demeure centrale: combien de ces mondes pourraient ressembler à la Terre et accueillir la vie ? Parmi les quelque 300 milliards d’étoiles de notre Voie lactée, une catégorie attire particulièrement l’attention: les naines ultra-froides, des astres beaucoup plus petits et plus sombres que le Soleil, de taille comparable à Jupiter.

Ces étoiles, bien plus fréquentes que celles de type solaire, offrent un terrain de chasse idéal pour repérer des planètes rocheuses: leur petite taille facilite la détection de planètes semblables à la Terre, et leur faible luminosité place la zone habitable – où l’eau liquide peut exister – très près de l’étoile. C’est dans ce contexte qu’est né le projet SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars), conçu à l’Université de Liège par le Professeur Michaël Gillon et ses collaborateurs. SPECULOOS est aujourd’hui un réseau mondial de télescopes robotisés dédié à la recherche de planètes habitables autour de ces étoiles discrètes mais omniprésentes.

L’idée fondatrice de SPECULOOS est à la fois simple et ambitieuse: consacrer des télescopes robotiques à l’observation intensive des ~1 600 naines ultra-froides situées à moins de 130 années-lumière de la Terre, soit suffisamment proches pour permettre une étude détaillée des planètes découvertes.

Le projet s’appuie sur la méthode du transit: lorsqu’une planète passe devant son étoile, elle en occulte une infime partie de la lumière. Pour une étoile aussi petite qu’une naine ultra-froide, même une planète de la taille de la Terre produit une baisse de luminosité détectable depuis le sol. C’est ce qu’a démontré le projet TRAPPIST, dirigé par Michaël Gillon à l’Université de Liège, en découvrant en 2016 le système exceptionnel TRAPPIST-1 et ses 7 planètes de taille terrestre. Fort de ce succès, SPECULOOS a vu le jour avec l’appui de plusieurs partenaires internationaux (ULiège, University of Cambridge, University of Birmingham, MIT et ETH Zurich).

Le cœur de SPECULOOS est installé à l’Observatoire de Paranal, au Chili, sur le site de l’ESO (European Southern Observatory), l’un des meilleurs du monde pour l’astronomie. On y trouve 4 télescopes de 1 m de diamètre, baptisés Io, Europa, Ganymede et Callisto, en hommage aux lunes de Jupiter observées par Galilée. À ces télescopes du Sud s’ajoutent leurs équivalents dans l’hémisphère Nord: Artemis à Tenerife (îles Canaries) et Saint-Ex au Mexique. Un septième télescope, Orion, financé par la Région wallonne, rejoindra bientôt Artemis à Tenerife. L’objectif est de scruter une à une les 1 600 étoiles ultra-froides les plus proches, dans l’espoir de détecter des baisses périodiques de luminosité révélatrices du transit d’une exoplanète. Les télescopes sont totalement robotisés: ils observent chaque nuit sans intervention humaine directe, sous simple supervision à distance. Cette efficacité permet de consacrer des centaines d’heures à chaque cible, condition indispensable pour révéler des transits rares et subtils.

Depuis son lancement opérationnel en 2022, SPECULOOS a déjà livré des résultats prometteurs. Cette même année, ses observations ont permis la découverte de SPECULOOS-2c (1), une planète rocheuse un peu plus grande que la Terre, située dans la zone habitable de son étoile. Deux ans plus tard, le projet a identifié SPECULOOS-3b, une planète de taille terrestre en orbite extrêmement courte: son année, c’est-à-dire une révolution complète autour de son étoile, dure seulement 17 h !

SPECULOOS a également contribué à la découverte de plusieurs dizaines d’autres exoplanètes, dont de nombreuses planètes rocheuses, dans le cadre de la mission spatiale TESS de la NASA. Ce satellite, équipé de petits télescopes à grand champ, observe de manière continue un très grand nombre d’étoiles proches. Il peut repérer des exoplanètes rocheuses autour de naines rouges un peu plus grandes et plus chaudes que les cibles principales de SPECULOOS. Mais un suivi au sol avec des instruments plus puissants reste souvent nécessaire pour confirmer le caractère planétaire des candidats.

Ces découvertes, bien que moins spectaculaires que le coup d’éclat de TRAPPIST-1, enrichissent progressivement le catalogue des planètes rocheuses les mieux adaptées à des études détaillées. Car l’ambition de SPECULOOS ne s’arrête pas à la détection: le projet constitue un vivier de cibles idéales pour les observatoires de nouvelle génération, comme le télescope spatial James Webb (JWST) ou les futurs géants terrestres, en particulier l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO. Grâce à eux, il sera bientôt possible d’étudier les atmosphères de ces planètes, à la recherche de traces de vie – une première dans l’histoire de l’humanité.

Découvert en 2016 par le prototype de SPECULOOS, le système TRAPPIST-1 est devenu un laboratoire unique pour l’étude des planètes de type terrestre. Situé à 40 parsecs (environ 130 années-lumière), il abrite 7 planètes rocheuses, dont 3 se trouvent dans la zone habitable (voir illustration ci-dessus).

Depuis 2022, le télescope spatial James Webb (JWST) mène une campagne d’observations sans précédent de ce système. Grâce à sa sensibilité et à ses instruments infrarouges, il peut analyser la lumière des planètes lorsqu’elles passent devant ou derrière leur étoile, afin de détecter la présence éventuelle d’une atmosphère.

Les premiers résultats sont riches d’enseignements. Pour les 2 planètes les plus proches de l’étoile, TRAPPIST-1 b et c, les observations suggèrent l’absence d’une atmosphère dense, probablement balayée par le rayonnement intense de l’étoile. Toutefois, une enveloppe ténue, comparable à celle de Mars, reste possible pour la planète c.

Pour les planètes plus éloignées, JWST n’a pas encore tranché la question cruciale de la présence d’atmosphères capables de retenir la chaleur et, peut-être, de soutenir la vie. Les premiers résultats concernant TRAPPIST-1 e, la plus prometteuse du système selon les modèles, ont néanmoins révélé de possibles indices d’une atmosphère riche en azote et en méthane. De nouvelles données, actuellement en cours d’acquisition, permettront de confirmer ou non cette détection. En cas de confirmation, la probabilité que TRAPPIST-1 e soit habitable s’en trouverait fortement accrue.

Cette recherche marque un jalon historique: c’est la première fois que l’humanité tente de sonder directement l’atmosphère de planètes de taille terrestre, en quête de signes de conditions habitables. TRAPPIST-1 illustre ainsi la pertinence de la stratégie initiée par TRAPPIST, puis amplifiée par SPECULOOS: identifier des systèmes compacts autour de petites étoiles, dont les planètes sont accessibles aux grands instruments du présent et du futur.