Détecter l'oxygène des planètes proches en orbite autour d'étoiles semblables au Soleil

Publié par Redbran le 27/02/2020 à 14:00
Source: © Union européenne, [2020] / CORDIS
​Les télescopes spatiaux peuvent-ils identifier rapidement les conditions atmosphériques des exoplanètes similaires à la Terre ? Une nouvelle technique nous montre que c'est possible.


Vue d'artiste du système planétaire de TRAPPIST-1. ©ESO

Ne vous êtes-vous jamais demandés s'il y avait de la vie (La vie est le nom donné :) au-delà de notre système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant...) ? Et si les scientifiques trouvaient une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour...) proche, semblable à la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...), en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la...) qui ressemble à notre Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée d'hydrogène...) ? Depuis le début des années 1990, lorsque les scientifiques ont commencé à découvrir des exoplanètes (des planètes en orbite autour d'autres étoiles que notre Soleil), le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) officiel d'exoplanètes a dépassé la barre des 4 000, selon la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation...). Trouver des exoplanètes dotées d'une atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et identifier la composition de cette atmosphère sont des étapes cruciales pour repérer celles susceptibles de présenter des signes de vie. Avec le soutien partiel (Le mot partiel peut être employé comme :) du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) ESCAPE, financé par l'UE, une équipe de chercheurs a trouvé une nouvelle méthode pour accélérer la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) de la vie hors de notre planète. Ces chercheurs ont publié leurs travaux dans le journal "Nature Astronomy".

Pour trouver de la vie, ou des conditions propices à l'habitation au-delà de notre système solaire, les scientifiques doivent utiliser des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique...) terrestres et spatiales comme celles fournies par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (Satellite peut faire référence à :) de la NASA, ou le James Webb Space Telescope (Le James Webb Space Telescope (JWST), anciennement appelé le Next Generation Space Telescope (NGST), est un projet de télescope de la NASA avec le concours de l'Agence spatiale européenne (ESA) et de l'Agence spatiale canadienne (CSA). Il...) dont le lancement est prévu en 2021. L'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) peut créer des conditions d'habitabilité en favorisant potentiellement l'émergence de formes de vie interagissant avec l'atmosphère. Et ces formes de vie à leur tour peuvent être à l'origine de biosignatures qui impliquent des compositions de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas...) semblables à celles de la Terre actuelle (oxygène, ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états....), méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel...), dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est :...) et vapeur () d'eau), ou à celles de la Terre ancienne, il y a 2,7 milliards d'années (principalement du méthane et du dioxyde de carbone). De tels marqueurs physiques indiquant la présence de vie pourraient être détectables par des télescopes comme Webb, mais que devraient-ils rechercher pour déterminer si une planète dispose ou non d'une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) suffisante d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) ?

Comme l'explique un communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un événement.) de l'USRA (Universities Space Research Association), dans l'étude publiée dans "Nature Astronomy", "les chercheurs ont identifié un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la...) puissant que les molécules d'oxygène produisent lorsqu'elles entrent en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.)". "Avant d'entreprendre nos travaux, nous pensions que l'oxygène à des niveaux similaires à ceux de la Terre ne pouvait pas être détecté par Webb, mais nous avons trouvé une manière prometteuse de l'identifier dans les systèmes planétaires voisins", explique Thomas J. Fauchez, auteur principal de l'étude. Cité (La cité (latin civitas) est un mot désignant, dans l’Antiquité avant la création des États, un groupe d’hommes sédentarisés libres (pouvant avoir des esclaves), constituant une...) dans le même communiqué de presse, ce dernier ajoute: "Ce signal de l'oxygène est connu depuis le début des années 80 grâce aux études atmosphériques de la Terre, mais il n'a jamais été étudié dans le cadre de la recherche sur les exoplanètes."

Simulations informatiques

Les chercheurs se sont attachés à créer des modèles informatiques de l'atmosphère d'une exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil. La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour orbitent autour d'étoiles...) en orbite autour d'une étoile naine M, également appelée naine rouge (En astronomie, les naines rouges sont les étoiles les moins massives ; en-deçà, ce sont les naines brunes, qui ne sont pas vraiment des étoiles.) (soit le type d'étoile le plus courant dans l'univers) puis à simuler ses signatures d'oxygène. Comme les naines M, qui sont beaucoup plus petites, plus froides et plus pâles que le Soleil, ont tendance à être plus actives avec la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) ultraviolette intense, les chercheurs ont étudié comment le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) d'une naine rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) affecterait l'atmosphère de ses planètes. Ils ont simulé la façon dont les couleurs de la lumière provenant de l'étoile changeraient lorsque les planètes passeraient devant elle.

Le communiqué de presse de l'USRA indique que: "Lorsque la lumière des étoiles traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et...) l'atmosphère de l'exoplanète, l'oxygène absorbe certaines couleurs (longueurs d'onde) de la lumière, soit, dans ce cas, la lumière infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) d'une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet,...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) de 6,4 micromètres. Lorsque les molécules d'oxygène entrent en collision entre elles ou avec d'autres molécules dans l'atmosphère de l'exoplanète, l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de la collision place la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de...) d'oxygène dans un état particulier qui lui permet d'absorber temporairement la lumière infrarouge." C'est ce signal d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...) qui sera détectable par des instruments installés à bord de télescopes comme Webb.

Le projet ESCAPE (Exploring Shortcuts for the Characterization of the Atmospheres of Planets similar to Earth), actuellement en cours, a été lancé dans l'objectif d'identifier rapidement la composition atmosphérique des exoplanètes semblables à la Terre en utilisant les télescopes terrestres et spatiaux existants.

Pour plus d'informations, veuillez consulter: projet ESCAPE
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