Mayor et Queloz ont capté la première exoplanète dans l'oscillation de 56 m/s d'une étoile

En 1995, aucune planète n'était connue autour d'une étoile semblable au Soleil. L'idée de la vitesse radiale était ancienne — observer le décalage Doppler de l'étoile lorsqu'une planète invisible la tire — mais les signaux sont cruels : Jupiter déplace notre Soleil d'environ 12 m/s seulement, et le premier spectrographe construit par Mayor à l'observatoire de Haute-Provence en 1977 plafonnait près de 300 m/s. Les recherches visaient donc des analogues de Jupiter avec des orbites de plusieurs décennies, exigeant une stabilité et une patience que personne n'avait.

Le groupe de Genève de Mayor a reconstruit toute la chaîne : des fibres optiques transportaient la lumière stellaire jusqu'au spectrographe sans distorsion, de nouveaux CCD augmentaient la sensibilité, un logiciel sur mesure réduisait les images. Le doctorant Didier Queloz a abaissé le plancher de vitesse à 10–15 m/s au printemps 1994 et a échantillonné les étoiles rapidement. Autour de 51 Pegasi, la vitesse oscillait avec une période de 4,23 jours et une amplitude d'environ 56 m/s — une boule de gaz de la taille de Jupiter tournant en quelques jours, là où la théorie disait que les géantes ne pouvaient pas se former. Ils ont passé des mois à écarter la pulsation et les artefacts avant d'annoncer en octobre 1995 ; la planète était si particulière que personne n'y croyait.

L'article de Nature de novembre 1995 a recueilli plus de 3 000 citations et a ouvert la classe des « Jupiter chauds ». Plus de 4 000 exoplanètes sont aujourd'hui connues, la plupart dans des systèmes qui ne ressemblent en rien au nôtre, ce qui a forcé une réécriture de la théorie de la formation des planètes autour de la migration. Le prix Nobel de physique 2019 a été attribué pour moitié à Mayor et Queloz pour la découverte, et la précision de la vitesse radiale n'a cessé de progresser vers la traction de 0,09 m/s d'une jumelle de la Terre.

Échantillonner vite ; une géante proche oscille le plus fort

La vitesse radiale Doppler est pondérée par la masse : suivre le mouvement de l'étoile était le seul moyen de peser ce qui ne pouvait être vu.

L'amplitude de l'oscillation croît à mesure que la période diminue, si bien que les géantes proches crient tandis que les vrais analogues de Jupiter chuchotent.

La spectroscopie stabilisée à fibres optiques a abaissé le plancher de bruit de 300 m/s à 10–15 m/s — en dessous du signal de 56 m/s, ce qui est tout l'enjeu.

Un échantillonnage à cadence élevée sur quelques nuits vaut mieux qu'une décennie de surveillance clairsemée quand l'orbite dure 4,2 jours.

Pointer le nouvel instrument là où le signal est le plus fort, non là où l'on attend la réponse : le premier Jupiter chaud était facile à voir précisément parce qu'il était la planète que la théorie disait impossible.

Les Jupiter chauds se sont révélés courants, et la migration planétaire est entrée dans tous les modèles de formation. Kepler et TESS ont ensuite trouvé des milliers d'autres mondes par transit, mais la méthode des vitesses radiales reste le moyen de peser leur masse. Mayor et Queloz ont partagé l'autre moitié du prix Nobel de physique 2019 avec le cosmologiste James Peebles, et les relevés visent désormais une précision de 0,1 m/s pour de véritables analogues de la Terre.