Les étoiles sont les objets principaux de chaque système solaire. Elles constituent l'essentiel de la masse d'un système, et plus important encore elles influencent directement le comportement et la composition de tous les objets de leur système solaire. En étudiant une étoile on étudie donc indirectement toutes ses planètes. Connaitre une étoile c'est connaitre le principal de son système. En l'occurrence les paramètres stellaires sont les premières informations que l'on peut extraire de l'observation d'un système solaire, ce qui nous ouvre ensuite la voie à l'étude des exoplanètes.
Une étoile au centre d'un système solaire (NASA JPL)
On va suivre la méthode de l'entonnoir, à savoir commencer par traiter les gros grains (galaxie, système solaire) pour arriver progressivement aux petits grains (planètes, lunes, astéroïdes). Cette page constitue en ce sens la première des couches à traiter, celle qui est la première visible par les astronomes (les étoiles).
Il est tout d'abord important d'identifier en présence de quel type de système solaire on se trouve. À l'œil nu dans le ciel nocturne on peut observer une étoile en pensant ne regarder qu'une seule étoile, alors qu'en réalité il peut s'agir d'un système de deux étoiles orbitant l'une autour de l'autre ! C'est par exemple le cas de l'étoile Alcor dans la constellation de la Grande Ourse qui dévoile une deuxième étoile (Mizar) lorsqu'on l'observe à la jumelle ou au télescope. Les systèmes à deux étoiles sont appelés des systèmes binaires, où les deux étoiles semblent se tourner autour l'une de l'autre. En réalité elles tournent autour d'un foyer lié à leur centre de masse.
On peut s'imaginer leur déplacement respectif comme deux toupies beyblade qui se tournent autour dans une arène creuse de forme concave. Si le système est stable les étoiles continueront à s'entre-orbiter pendant des milliards d'années. Dans le cas contraire elles se rapprocheront inexorablement (comme les toupies) jusqu'à une collision digne des plus beaux feux d'artifices du nouvel an. Il est important de mentionner les systèmes binaires dans l'étude des exoplanètes car ce système est en réalité bien plus fréquent que les systèmes à une étoile ! Il existe bien sûr aussi des systèmes triples, quadruples, quintuples, sextuples... mais de tel système sont vraiment gigantesque en taille, dans le sens où la distance entre chacune des étoiles est énorme (plusieurs années lumières de diamètre), et la seule raison pour laquelle on qualifie ces systèmes de quadruples, quintuples etc est parce que leur étoiles exercent une force gravitationnelle l'une sur l'autre, et donc sont "liées" gravitationnellement. De toute façon ces types de systèmes sont beaucoup moins fréquents que les binaires et les simples.
Fermons cette parenthèse sur les types de systèmes pour arriver au "pourquoi" cela est important de connaitre le nombre d'étoiles : tout simplement car ce paramètre stellaire affecte directement tous les paramètres planétaires et orbitaux des autres objets de ce système solaire. Il est donc pertinent de connaitre la nature d'un système avant de se mettre à étudier ses planètes. On pourrait aussi s'intéresser à l'environnement interstellaire des systèmes solaires (notamment leur position dans la galaxie et les objets "dangereux" à proximité : quasars...) qui implique qu'un système solaire doit se trouver dans un environnement dit "stable" pour que les exoplanètes qu'il possède (peut-être) ne se fasse pas annihiler par des jets d'énergie cosmique (un peu extrême, mais pas loin de la vérité!).
Un quasar actif au centre d'une galaxie (illustration)
Le second paramètre primordiale consiste à connaitre le type de l'étoile. Plus précisément à déterminer son type spectrale et sa classe de luminosité pour calculer sa masse, son rayon, sa luminosité, sa gravité de surface, sa température effective, et ultimement sa composition chimique grâce à une analyse spectrale. De façon plus imagée, le type spectrale peut être représenté par la couleur de l'étoile. En observant les étoiles pendant la nuit (c'est plus facile la nuit) on réalise que la couleur des étoiles varie en allant du bleu, au blanc, jaune, et rouge. Rien qu'en regardant à l'œil nue la couleur d'une étoile on peut estimer sa température. La règle est que plus une étoile est bleu, plus elle est chaude, et plus elle est rouge foncée, plus elle est froide. C'est comme pour le feu (en fait une étoile est boule de feu géante... à quelques détails près).
La classe de luminosité quant à elle nous renseigne sur à quel point l'étoile est... lumineuse. On remarque clairement que dans le ciel nocturne certaines étoiles semblent bruler du feu du Dieu tandis que d'autres se font plus timides. Pour faire simple : plus une étoile est lumineuse, plus elle est grosse. Il faut faire attention à cette affirmation cependant, car bien qu'elle soit physiquement vraie, les conclusions peuvent être différentes dans le domaine de l'observation. Par exemple une étoile peut sembler beaucoup très lumineuse non pas parce qu'elle est grosse, mais simplement parce qu'elle est très proche de nous. Il convient donc de calculer aussi la distance de l'étoile pour ne pas se méprendre en déterminant ses paramètres.
À moins d'avoir des yeux super-bioniques et d'être l'Homme qui vaut 13 milliards (aka le coût du JWST), seul un télescope (de préférence spatial pour éviter les perturbations de l'atmosphère terrestre) sera en mesure de recueillir le spectre électromagnétique d'une étoile. Ce "spectre" (qui n'a bien sûr rien à voir avec un quelconque fantôme, quoique...) peut être vu comme une échelle de toutes les "couleurs" existantes, mais pas seulement celles qui nous sont visibles, car il y a également l'infrarouge, l'ultra-violet, etc. On peut alors savoir à quel point une étoile rayonne dans chacune de ces couleurs (par exemple un humain rayonne beaucoup en infrarouge mais dans la vie de tous les jours ce n'est pas une information que le cerveau prend en compte, il n'en est pas capable).
Ce spectre est ainsi très important puisqu'à lui seul il permet de déterminer une bonne partie des éléments précédemment cités, et en particulier ce qui nous intéresse maintenant : la composition chimique de l'étoile. -Presque- tout le monde sait que l'atmosphère de la Terre est principalement composée à 78.087% de diazote, 20.95% de dioxygène, 0.93% d'argon, et 0.041% de dioxyde de carbone. Qu'en est-il du Soleil et des autres étoiles qui possèdent elles aussi une atmosphère (ultra chaude certes, mais une atmosphère quand même) ? Et bien l'analyse spectrale nous le révèle. Et en connaissant la composition chimique de l'étoile on peut commencer à supposer la composition chimique de l'ensemble du système solaire et par extension des planètes qui la compose (avant même de savoir si oui ou non il y a des planètes !).
Les différentes couleurs des étoiles (photographies de Betelgeuse et Rigel)
Très lié au deuxième paramètre se trouve le troisième, qui est l'activité solaire de l'étoile. Au-delà de savoir les propriétés de bases de l'étoile, on a besoin de savoir "comment" elle vit, c'est à dire quelle est son activité : est-ce qu'elle est plutôt calme ? plutôt énervée ? Ce que l'on entend par activité est en fait tout ce qui va émaner de l'étoile et interagir (plus ou moins) avec les autres objets de son système, par exemple les planètes. Ainsi il peut y avoir des éruptions solaires régulières, tout comme l'émission de vent solaire et le champ magnétique de l'étoile qui peuvent mener à des conséquences importantes pour les exoplanètes proches.
On pense notamment au fait qu'une activité solaire très (trop) intense peut amener à littéralement souffler l'atmosphère des planètes proches, ainsi qu'à irradier toutes formes de vie potentiellement existantes à leur surface. Sur Terre on a la chance d'avoir un champ magnétique planétaire plutôt efficace doublé d'une bonne couche d'atmosphère (notamment remplie d'azote) pour nous protéger de ces attaques solaires qui autrement seraient fatales.
Connaitre l'activité d'une étoile permet donc de savoir à l'avance si il est pertinent d'étudier plus en détail son système ou non. Par exemple si l'objectif de recherche est de trouver des planètes potentiellement habitables, on aura probablement pas envie de perdre notre temps à chercher des planètes dans un système dont l'étoile est aussi violente que The Rock sur un ring.
Une éruption solaire à la surface du Soleil (NASA Skylab, 1973)
On a déjà brièvement énoncé l'intérêt de l'étude des paramètres stellaires pour en apprendre davantage sur les exoplanètes, mais ce n'est que le début car les étoiles sont dans la majorité des cas au centre des méthodes de détection et d'analyse des exoplanètes. Que ce soit la méthode du transit, celle des vitesses radiales, celle de la lentille gravitationnelle, ou de l'imagerie directe, une étoile est indispensable pour réaliser chacune d'entre elles. Il convient donc de bien connaitre les propriétés et le comportement de l'étoile (ou des étoiles) du système solaire considéré car cela permet de mener une analyse de données de bien meilleur qualité, et d'éviter de conclure des choses éronnées à cause d'effets stellaires négligés.
On a donc comprit que les paramètres stellaires sont d'une importance capitale pour commencer l'étude des exoplanètes. La nature du système solaire, le type d'étoile, et l'activité solaire jouent chacun un rôle déterminant dans la "vie" d'un système et l'évolution possible des planètes qui le compose. Il est ensuite nécessaire de se pencher sur les mondes rocailleux et plus souvent gazeux en étudiant les paramètres planétaires.