À 40 années-lumière de nous se trouve une étoile longtemps passée inaperçue : TRAPPIST-1 émet dans l'espace deux mille fois moins de lumière que le Soleil. En revanche, elle possède sept planètes de la taille de la Terre, dont trois orbitent dans la zone où l'eau pourrait rester liquide. Mais on savait peu de choses sur l'étoile elle-même, sur sa chimie interne. Aujourd'hui, TRAPPIST-1 a son passeport chimique, avec des chiffres précis qui n'avaient jamais pu être extraits de sa lumière faible.

La lumière d'une étoile n'est pas seulement une luminosité, c'est une signature codée des atomes. Chaque élément et chaque variante laisse dans le spectre des raies sombres, comme des traits dans un passeport. Mais chez les naines rouges froides, ces traits se fondent en une bouillie : les molécules d'eau et de monoxyde de carbone se superposent, et distinguer leurs signatures est aussi difficile que de lire une signature sous une encre humide. Les astronomes ont pris deux morceaux différents de lumière infrarouge, de 2 à 2.4 micromètres et de 4.6 à 5 micromètres, et les ont combinés. Dans un morceau, les raies du monoxyde de carbone avec différents isotopes se comportent différemment ; dans l'autre, elles se comportent aussi différemment, mais autrement. En superposant ces deux images, ils ont réussi à séparer les traces du carbone-13 et de l'oxygène-18 de leurs homologues plus légers.

Ainsi, les premières entrées sont apparues dans le passeport. Le rapport carbone/oxygène de TRAPPIST-1 s'est avéré être de 0.60, presque comme celui du Soleil. En revanche, le carbone-13 est plus rare que dans la matière solaire : pour 154 atomes de carbone-12, il y a un atome de carbone-13, alors que pour le Soleil, ce rapport est de 89. Cet appauvrissement en carbone lourd est un signe d'âge : l'étoile est plus vieille que le Soleil, elle a environ 7.6 milliards d'années, et le carbone léger s'y est accumulé tandis que le carbone lourd s'est consumé. L'oxygène-18, en revanche, se maintient dans les mêmes proportions que dans le Soleil et dans d'autres naines rouges.

Pour les sept planètes de TRAPPIST-1, ce passeport est comme un acte de naissance. Les planètes se sont formées à partir du même nuage de gaz et de poussière que l'étoile. Si l'étoile contient autant de carbone que d'oxygène (en nombre d'atomes), les planètes ont probablement un équilibre similaire. Et de cela dépendent les minéraux qui s'y sont formés : un excès de carbone aurait donné du graphite et des diamants, un excès d'oxygène du quartz et des silicates. Maintenant que les télescopes observeront les atmosphères de ces planètes, nous avons une référence pour comparer.

Mais ce passeport ne sert pas seulement pour les mondes voisins. Il aide à lire l'histoire de toute la Galaxie. Les isotopes lourds naissent dans les entrailles des étoiles massives et se dispersent lors des explosions de supernovae. Plus une étoile est vieille, moins elle contient de carbone-13, car le carbone léger s'accumule à partir des produits de la combustion de l'hélium, tandis que le carbone lourd se détruit progressivement. TRAPPIST-1 est un cas rare : pour les vieilles étoiles à teneur en métaux solaire, la composition isotopique n'a presque jamais été mesurée. Nous avons maintenant un point sur la carte, et il faut en accumuler des dizaines pour comprendre comment la Voie lactée a évolué sur des milliards d'années. La lumière faible d'une seule étoile s'est révélée être la clé d'une bien plus grande histoire.