Sonder les atmosphères des exoplanètes à la recherche de signes de vie

Nous nous sommes posé une question universelle depuis l'aube de la science moderne: sommes-nous seuls? Aux débuts de l'astronomie, les scientifiques pensaient que la Terre était le centre de tout. Mais quand cette vision centrée sur la Terre a finalement changé et que nous avons réalisé que nous orbitions autour d'une seule étoile parmi d'innombrables millions, nous ne pouvions pas nous empêcher de nous demander ce qu'il pourrait y avoir d'autre.

Ce n’est qu’en 1992, lorsque les scientifiques ont découvert une planète autour de Pulsar PSR B1257 + 12, que les astronomes ont pu confirmer ce que de nombreuses planètes présumées existaient en dehors de notre système solaire. Mais combien?

Vingt-cinq ans plus tard, nous connaissons plus de 5 000 planètes extrasolaires, ou exoplanètes, principalement grâce au télescope spatial Kepler. Non seulement cela, mais il y a environ 3000 avec leurs propres atmosphères. Les astronomes travaillent maintenant sans relâche pour répondre à cette question si tentante: certaines des planètes sont-elles semblables aux nôtres?

Représentation artistique de l'exoplanète Kepler-22b, située à environ 600 années-lumière du soleil. La planète se trouve dans la zone habitable et pourrait être un monde aquatique unique en son genre dans notre système solaire.NASA / Ames / JPL-Caltech

Un certain nombre de chercheurs SETI engagés à répondre à cette question se sont récemment réunis à l'Université Stanford pour la conférence Breakthrough Discute, un événement organisé par l'initiative Breakthrough Initiatives fondée par le milliardaire russe Yuri Milner. Stephen Hawking, Mark Zuckerberg, Jill Tarter et Frank Drake apportent leur soutien à Breakthrough. L'objectif est simple et pourtant d'une grande portée: ils veulent déterminer si la vie extraterrestre existe ou non, pas seulement dans notre système solaire, mais n'importe où dans la galaxie.

La première étape consiste à apprendre tout ce que nous pouvons des télescopes au sol. Bien que nous ne puissions pas savoir si des exoplanètes lointaines abritent réellement la vie, nous pouvons rechercher des indices pour nous aider à déterminer si elles sont habitables ou non. S'il existe d'autres planètes semblables à la Terre avec des océans, des montagnes et une géologie active, il y a donc une chance raisonnable que la vie ait réussi à s'implanter. Il existe une courte liste d'environ une douzaine de planètes que les scientifiques qualifient de "semblables à la Terre", mais rien de ce que nous avons trouvé jusqu'à présent ne se rapproche de la combinaison fortuite d'un liquide de surface, d'une atmosphère protectrice et de la distance correcte par rapport à une étoile. qui a créé notre monde.

Pour les chasseurs d'exoplanètes, la distance est le principal obstacle. La recherche de la vie au-delà de notre système solaire a consisté à analyser les compositions d’atmosphères étrangères avec des télescopes à la maison, ce qui est une tâche incroyablement difficile. Il est difficile de résoudre Pluton depuis la Terre, sans parler d'un petit corps de plusieurs milliards de kilomètres plus loin.

Nous savons que d’autres planètes ont à peu près la même masse que la Terre, ont une atmosphère et résident dans la zone dite de «Goldilocks» de leur système solaire, ce qui signifie qu’il pourrait y avoir de l’eau liquide sur ces planètes - le conduit principal. pour la vie telle que nous la connaissons. Une sorte d'abus dans le monde des exoplanètes, cependant, est le mot "habitable". Bien que les astronomes aient une idée différente du mot, les astronomes ont une idée différente du paysage luxuriant avec ses rivières sinueuses, ses plages de sable fin et la commodité de l'air respirable. En astronomie, "habitable" ne signifie en réalité que deux choses: la planète est rocheuse et orbite dans la zone de Goldilocks.

Si nous voulons vraiment penser à un monde habitable, nous devons comprendre ce qui se passe dans l'atmosphère d'une exoplanète. "Nous devons rechercher l'oxygène", a déclaré Mercedes Lopez-Morales dans son exposé Breakthrough Discute.

Lopez-Morales est une scientifique à l'observatoire d'astrophysique du Smithsonian. Elle a expliqué comment nous pouvons commencer à rechercher dans ces atmosphères des signes de vie. "À l'heure actuelle, nous savons que nous avons besoin d'eau pour que la vie existe. Mais nous ne savons pas si la planète va avoir de l'eau, mais la vie ne s'est pas encore déclenchée. Cependant, l'oxygène nous parle de la vie. Dans le passé, même bien que la Terre ait de l'eau, il n'y avait pas d'oxygène jusqu'à ce que la vie apparaisse. "

Elle propose de rechercher l'oxygène dans ces atmosphères en utilisant une technique appelée spectroscopie haute résolution, qui consiste essentiellement à collecter des données haute résolution de la lumière traversant l'atmosphère de la planète. Lorsqu'une exoplanète passe devant son étoile parente, la lumière des étoiles baigne la planète, la contourne et la traverse.

Si un très grand télescope observe la situation, il peut collecter suffisamment de photons transitoires pour créer un spectre complet de la lumière filtrée à travers l'atmosphère. Certains éléments et molécules absorbent des fréquences spécifiques de la lumière, créant des lacunes dans le spectre, une sorte d’empreinte numérique de la composition atmosphérique de la planète. Les astrophysiciens peuvent déduire quels éléments sont présents dans l’atmosphère des mondes extraterrestres en fonction de l’endroit où se trouvent ces lacunes. (La même technique est utilisée pour identifier la composition des étoiles).

Les spectres d’émission et d’absorption de divers éléments.Institut de technologie Michael Richmond / Rochester

Le problème est qu’il n’existe aucun instrument disponible pour effectuer ce type de spectroscopie de chasse aux extraterrestres, en particulier pour les corps plus lointains de la taille de la Terre.

"Nous savons qu'une planète sur une petite étoile sur quatre devrait avoir une planète. Sur la base de ces chiffres, il y en aurait environ 250, ce qui signifie qu'il y aura environ 60 planètes semblables à la Terre à moins de 32 années-lumière de la Terre", déclare Lopez. Morales. Et bien que ces éléments soient proches sur la carte cosmique, il est encore trop difficile de détecter l'oxygène dans des atmosphères qui se trouvent à des dizaines d'années-lumière. "Nous n'avons aujourd'hui aucun télescope capable de le faire dans un délai raisonnable", explique Lopez-Morales. "Cela pourrait prendre 60 ans."

Heureusement, quelques télescopes en construction pourraient résoudre le problème. Les astronomes envisagent d’utiliser le télescope géant Magellan une fois celui-ci achevé au Chili et le futur télescope de 30 mètres à Hawaii, mais plusieurs télescopes devraient travailler à l’unisson afin de collecter suffisamment de données - un exploit coûteux. "Nous avons simplement besoin de plus grands seaux de photons", a déclaré Lopez-Morales. "Si nous pouvons collecter suffisamment de photons de ces étoiles, nous pourrons alors recueillir les signatures de molécules comme l'oxygène."

À l'heure actuelle, nombreux sont ceux qui cherchent à mieux comprendre notre voisin extrasolaire le plus proche, Proxima Centauri b, qui n'est qu'à 4,2 années-lumière de son orbite autour de l'étoile la plus proche. Toutefois, les scientifiques ne savent pas si la planète a une atmosphère, encore moins sa composition chimique.

L'empreinte de l'artiste montre la planète Proxima b en orbite autour de l'étoile naine rouge Proxima Centauri, l'étoile la plus proche de notre système solaire.ESO / M. Kornmesser

Victoria Meadows est professeure d’astronomie et directrice du programme d’astrobiologie de l’Université de Washington, où elle s’efforce de trouver des biomarqueurs dans des endroits comme Proxima b. "Selon l'histoire de l'évolution de Proxima, il pourrait avoir une plage de température allant de 254 Kelvin, trop froid pour la vie, jusqu'à 640 Kelvin, ce qui est davantage une Vénus", déclare Meadows. "C’est une planète dans une zone habitable. Ce qui arrive à la planète importe dans son évolution. Potentiellement habitable, et un" grand lieu de vie ", pourrait ne pas être le meilleur endroit pour" l’origine de la vie "." Ou dans d’autres Ce n’est pas parce que les conditions sont bonnes que la vie existe maintenant ne signifie pas nécessairement que les conditions étaient réunies pour que la vie commence.

Un autre projet ambitieux de Breakthrough s'appelle Breakthrough Starshot. Il vise à envoyer une flotte de vaisseaux spatiaux de taille nanométrique à Proxima b, considérant qu'il s'agit de l'exoplanète la plus proche de nous. Mais pour que ce voyage de 25 000 milliards de kilomètres vaille la peine, l'équipe doit savoir s'il y a quoi que ce soit qui mérite d'être explorée. Il est donc essentiel de définir une atmosphère pour la planète.

Une grande partie de ce domaine est encore un mystère étant donné qu’il ya cinq ans, on en savait encore peu sur les exoplanètes. Des chercheurs du monde entier tentent maintenant de trouver des preuves de la vie. Dans cinq ans, rien ne dit combien la science aura progressé. Ils ont sans doute un long chemin à parcourir et font face à de nombreux défis techniques compte tenu des distances cosmiques. Mais avec des initiatives telles que Breakthrough, en collaboration avec les meilleurs instituts de recherche du monde, il est possible de pouvoir repérer un faisceau de lumière provenant d'un monde lointain avec un marqueur "oxygène".

Mais pour le moment, la question aussi ancienne que l'astronomie reste sans réponse.