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

​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.


Ne vous êtes-vous jamais demandés s'il y avait de la vie au-delà de notre système solaire ? Et si les scientifiques trouvaient une planète proche, semblable à la Terre, en orbite autour d'une étoile qui ressemble à notre Soleil ? 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 officiel d'exoplanètes a dépassé la barre des 4 000, selon la NASA. Trouver des exoplanètes dotées d'une atmosphère 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 du projet ESCAPE, financé par l'UE, une équipe de chercheurs a trouvé une nouvelle méthode pour accélérer la recherche 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 terrestres et spatiales comme celles fournies par le Transiting Exoplanet Survey Satellite de la NASA, ou le James Webb Space Telescope dont le lancement est prévu en 2021. L'eau liquide en surface 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 semblables à celles de la Terre actuelle (oxygène, ozone, méthane, dioxyde de carbone 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 suffisante d'oxygène ?

Comme l'explique un communiqué de presse de l'USRA (Universities Space Research Association), dans l'étude publiée dans "Nature Astronomy", "les chercheurs ont identifié un signal puissant que les molécules d'oxygène produisent lorsqu'elles entrent en collision". "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 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 en orbite autour d'une étoile naine M, également appelée naine rouge (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 ultraviolette intense, les chercheurs ont étudié comment le rayonnement d'une naine rouge 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 l'atmosphère de l'exoplanète, l'oxygène absorbe certaines couleurs (longueurs d'onde) de la lumière, soit, dans ce cas, la lumière infrarouge d'une longueur d'onde 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 de la collision place la molécule d'oxygène dans un état particulier qui lui permet d'absorber temporairement la lumière infrarouge." C'est ce signal d'absorption 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