Chandra de la NASA vérifie l'habitabilité des exoplanètes

À l'aide de l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA et du XMM-Newton de l'ESA (Agence spatiale européenne), les astronomes étudient si les étoiles proches pourraient héberger des exoplanètes habitables, en fonction de leur capacité à émettre des rayonnements susceptibles de détruire les conditions potentielles de la vie telle que nous la connaissons. Ce type de recherche permettra d’orienter les observations avec la prochaine génération de télescopes visant à prendre les premières images de planètes comme la Terre.

Une équipe de chercheurs a examiné des étoiles suffisamment proches de la Terre pour que les futurs télescopes puissent prendre des images de planètes dans leurs zones dites habitables, définies comme des orbites sur lesquelles les planètes pourraient avoir de l'eau liquide à leur surface. Leurs résultats ont été présentés lors de la 244e réunion de l'American Astronomical Society à Madison, Wisconsin.

Toutes les images de planètes seront des points de lumière uniques et ne montreront pas directement les éléments de surface tels que les nuages, les continents et les océans. Cependant, leurs spectres – la quantité de lumière à différentes longueurs d’onde – révéleront des informations sur la composition de la surface et l’atmosphère des planètes.

Plusieurs facteurs influencent ce qui pourrait rendre une planète propice à la vie telle que nous la connaissons. L’un de ces facteurs est la quantité de rayons X et de lumière ultraviolette nocifs qu’elle reçoit de son étoile hôte, qui peuvent endommager ou même détruire l’atmosphère de la planète.

“Sans caractériser les rayons X de son étoile hôte, il nous manquerait un élément clé pour savoir si une planète est vraiment habitable ou non”, a déclaré Breanna Binder de l'Université polytechnique de l'État de Californie à Pomona, qui a dirigé l'étude. “Nous devons examiner quel type de doses de rayons X ces planètes reçoivent.”

Binder et ses collègues ont commencé par une liste d'étoiles suffisamment proches de la Terre pour lesquelles les futurs télescopes terrestres et spatiaux pourraient obtenir des images de planètes dans leurs zones habitables. Ces futurs télescopes comprennent l’Observatoire des mondes habitables et des télescopes extrêmement grands au sol.

Sur la base d'observations aux rayons X de certaines de ces étoiles utilisant les données de Chandra et XMM-Newton, l'équipe de Binder a examiné quelles étoiles pourraient héberger des planètes offrant des conditions hospitalières pour que la vie se forme et prospère.

L’équipe a étudié la luminosité des étoiles dans les rayons X, l’énergie des rayons X, ainsi que l’ampleur et la rapidité avec laquelle leur production de rayons X change, par exemple en raison d’éruptions cutanées. Des rayons X plus brillants et plus énergétiques peuvent causer davantage de dommages à l’atmosphère des planètes en orbite.

“Nous avons identifié des étoiles dont l'environnement de rayonnement X de la zone habitable est similaire, voire plus doux, à celui dans lequel la Terre a évolué”, a déclaré Sarah Peacock, co-auteur de l'étude de l'Université du Maryland, comté de Baltimore. “De telles conditions pourraient jouer un rôle clé dans le maintien d'une atmosphère riche comme celle que l'on trouve sur Terre.”

Les chercheurs ont utilisé les données disponibles dans les archives provenant de près de 10 jours d'observations de Chandra et d'environ 26 jours d'observations de XMM pour examiner le comportement des rayons X de 57 étoiles proches, dont certaines avec des planètes connues. La plupart d’entre elles sont des planètes géantes comme Jupiter, Saturne ou Neptune, tandis que seule une poignée de planètes ou de planètes candidates pourraient être environ deux fois plus massives que la Terre.

Il y a probablement beaucoup plus de planètes en orbite autour des étoiles dans l’échantillon, en particulier celles de taille similaire à la Terre, qui restent jusqu’à présent non détectées. Les études de transit, qui recherchent de minuscules baisses de lumière lorsque les planètes passent devant leurs étoiles de notre point de vue, négligent de nombreuses planètes car une géométrie spéciale est nécessaire pour les repérer. Cela signifie que les chances de détecter des planètes en transit dans un petit échantillon d’étoiles sont faibles ; une seule exoplanète de l’échantillon a été détectée par des transits.

L'autre technique principale de détection des planètes consiste à détecter l'oscillation d'une étoile induite par les planètes en orbite, et cette technique est principalement sensible à la recherche de planètes géantes relativement proches de leurs étoiles hôtes.

“Nous ne savons pas combien de planètes similaires à la Terre seront découvertes sur les images de la prochaine génération de télescopes, mais nous savons que le temps d'observation sur elles sera précieux et extrêmement difficile à obtenir”, a déclaré le co-auteur Edward Schwieterman de l'Université de Californie à Riverside. “Ces données radiologiques permettent d'affiner et de prioriser la liste des cibles et pourraient permettre d'obtenir plus rapidement la première image d'une planète similaire à la Terre.”