Comment le télescope spatial James Webb a‑t-il découvert sa première exoplanète ?

C’est une pre­mière et un record : en juin 2025, l’équipe d’Anne-Marie Lagrange, de l’Observatoire de Paris, annon­çait que le James Webb Space Teles­cope (JWST) venait de décou­vrir sa pre­mière exo­pla­nète, TWA 7 b. De la taille de Saturne, la nou­velle venue devient la pla­nète extra­so­laire la plus légère jamais obser­vée par ima­ge­rie directe. Une décou­verte qui illustre les per­for­mances excep­tion­nelles du téles­cope, et marque un jalon impor­tant dans la recherche de nou­veaux mondes.

Pour com­prendre les pers­pec­tives qu’ouvre ce résul­tat, reve­nons au milieu des années 1980, dix ans avant la décou­verte de la pre­mière exo­pla­nète. À cette époque, les disques de débris, ces cou­ronnes de pous­sières et de cor­pus­cules entou­rant cer­taines étoiles, pas­sionnent quelques astro­phy­si­ciens. « Nous com­men­cions seule­ment à être capables de les voir. La pre­mière image d’un sys­tème de ce type, le disque entou­rant Beta Pic­to­ris, date de 1984, se sou­vient Anne-Marie Lagrange. Rapi­de­ment, d’autres ont été obser­vés – une cen­taine sont recen­sés à ce jour – révé­lant une fas­ci­nante diver­si­té de struc­tures. »

Au tour­nant des années 2000, les cher­cheurs pos­tulent que cer­taines « ano­ma­lies » pour­raient, en théo­rie, être dues à la pré­sence de planètes

Au tour­nant des années 2000, les cher­cheurs pos­tulent que cer­taines « ano­ma­lies », comme les fines lacunes creu­sant cer­tains disques, pour­raient en théo­rie être dues à la pré­sence de pla­nètes. Mais celles-ci, des mil­lions voire des mil­liards de fois moins brillantes que leurs étoiles, res­tent invi­sibles. Pour ten­ter de contour­ner la dif­fi­cul­té, les cher­cheurs décident d’appliquer à la recherche de pla­nètes loin­taines une vieille tech­nique appa­rue dans les années 1930 pour obser­ver les alen­tours de notre soleil : la coro­no­gra­phie. Elle consiste à réa­li­ser une éclipse arti­fi­cielle de l’étoile – hier par occul­ta­tion, aujourd’hui par inter­fé­rences des­truc­tives. Ain­si, nous dis­po­sons aujourd’hui d’une image directe pour quelques dizaines d’exoplanètes – sur les quelque 6 000 iden­ti­fiées à ce jour. Mais cette méthode a ses limites, et jusqu’en 2025, elle n’avait per­mis de voir que des super-Jupi­ter [N.D.LR. : des pla­nètes avec une masse supé­rieure à celle de Jupi­ter], beau­coup plus mas­sifs et brillants que les astres sup­po­sés créer les fines lacunes des disques de débris.

Il a donc fal­lu attendre le JWST – et ses ins­tru­ments taillés pour les records – pour espé­rer aller plus loin. Car l’une des inno­va­tions du téles­cope tient aux coro­no­graphes inté­grés à l’instrument MIRI (Mid-Infra­red Ins­tru­ment). Opti­mi­sés pour ren­for­cer le contraste entre l’étoile et la pla­nète dans l’infrarouge moyen, et donc bien plus sen­sibles que leurs pré­dé­ces­seurs, ils ont notam­ment été déve­lop­pés par des équipes du CNRS et du CEA. « Il y a en France une filière d’expertise remar­quable en ins­tru­men­ta­tion optique. Le pre­mier coro­no­graphe a été inven­té en 1931 par un Fran­çais, Ber­nard Lyot. C’est éga­le­ment un Fran­çais, Pierre Léna, qui a joué un rôle cen­tral dans le déve­lop­pe­ment de l’optique adap­ta­tive, aujourd’hui uti­li­sée dans tous les téles­copes ter­restres. Ces com­pé­tences remar­quables s’expliquent notam­ment par la pré­sence en France d’une école d’ingénieur d’excellence dans ce domaine, l’Institut d’Optique, créé en 1917 », explique Anne-Marie Lagrange.

Mais encore fal­lait-il trou­ver une can­di­date à la mesure des per­for­mances du téles­cope. TWA 7, une petite étoile située à 111 années-lumière de la Terre, a ain­si été soi­gneu­se­ment sélec­tion­née par­mi les cen­taines de mil­liers d’astres acces­sibles au JWST. Non seule­ment son disque de débris, très visible, pré­sen­tait sans ambi­guï­té les lacunes recher­chées, mais celles-ci étaient assez éloi­gnées de l’étoile pour que le téles­cope puisse dis­tin­guer une pla­nète cachée à l’intérieur, sans être aveu­glé par la lumière de l’astre. Mieux encore : TWA 7 ne dépasse pas 6,5 mil­lions d’années, et cette grande jeu­nesse garan­tis­sait que ses éven­tuelles pla­nètes, encore chaudes, émet­traient mas­si­ve­ment dans l’infrarouge, domaine de pré­di­lec­tion du JWST.

Pari réus­si : à 50 uni­tés astro­no­miques de TWA 7, à l’intérieur d’une étroite lacune creu­sant le disque de débris, MIRI immor­ta­lise TWA 7 b, dix fois plus légère que la moins mas­sive des exo­pla­nètes direc­te­ment obser­vées jusqu’alors. « Elle se trou­vait exac­te­ment là où le pré­voyaient nos simu­la­tions », sou­ligne Anne-Marie Lagrange avec le sourire.

Au-delà de la prouesse tech­nique, que nous apprend la décou­verte de TWA 7 b ? « En pre­mier lieu, elle confirme nos théo­ries sur la struc­tu­ra­tion des disques de débris, et ouvre la voie à de nom­breuses modé­li­sa­tions plus avan­cées, pour mieux rendre compte de la for­ma­tion et de l’évolution de ces disques », com­mente la chercheuse.

« Mais cette obser­va­tion consti­tue aus­si un apport impor­tant pour la com­pré­hen­sion de la for­ma­tion et de la varié­té des sys­tèmes pla­né­taires. » En effet, plus une pla­nète est riche en gaz, plus sa for­ma­tion est sup­po­sée inter­ve­nir rapi­de­ment après la nais­sance de son étoile, car l’hydrogène et l’hélium non uti­li­sés pour for­mer l’étoile s’échappent très vite dans le vide inter­stel­laire. « TWA 7 b prouve qu’un sys­tème très jeune peut déjà abri­ter une pla­nète de masse sub-jovienne, et c’est une infor­ma­tion pré­cieuse pour affi­ner nos modèles. »

« Enfin, la décou­verte de l’exoplanète donne aus­si une occa­sion d’étudier, peut-être même avec le JWST, l’atmosphère pri­mi­tive d’une pla­nète res­sem­blant à Saturne. »Et c’est pré­cieux, car il s’avère très dif­fi­cile de « remon­ter » le temps à par­tir des seules obser­va­tions des pla­nètes du sys­tème solaire, vieilles de plus de 4,5 mil­liards d’années.

Le JWST ira-t-il plus loin ? Débus­que­ra-t-il des exo­pla­nètes encore plus légères ? Sera-t-il capable, sur­tout, de voir des ana­logues de la Terre, ces pla­nètes tel­lu­riques situées dans la zone habi­table de leur étoile, sur les­quelles les cher­cheurs espèrent trou­ver des traces de vie ? « Il fau­drait encore gagner un fac­teur 10 à 30 sur la masse de la pla­nète », rap­pelle Anne-Marie Lagrange. « Le JWST ne pour­ra pas faire ce saut. »

Mais la future géné­ra­tion d’instruments, déjà, se pré­pare : l’Extremely Large Teles­cope (ELT), d’un dia­mètre de 39 mètres (près de 4 fois plus large que les plus grands aujourd’hui en ser­vice), en cours de construc­tion par l’Europe au Chi­li devrait entrer en ser­vice d’ici à 2030. De même, le téles­cope spa­tial amé­ri­cain Habi­table Worlds Obser­va­to­ry, doté de coro­no­graphes encore plus sen­sibles que le James-Webb, pour­rait être lan­cé vers 2040. C’est à eux qu’il revien­dra de fran­chir le pas vers ces mondes habitables.

Anne Orliac