Une atmosphère carbonée pourrait être le signe de la présence d'eau et de vie sur d'autres planètes telluriques, selon une étude

Les scientifiques du MIT, de l'Université de Birmingham et d'ailleurs affirment que la meilleure chance pour les astronomes de trouver de l'eau liquide, et même de la vie sur d'autres planètes, est de rechercher l'absence, plutôt que la présence, d'une caractéristique chimique dans leur atmosphère.

Les chercheurs proposent que si une planète tellurique a beaucoup moins de dioxyde de carbone dans son atmosphère par rapport aux autres planètes du même système, cela pourrait être le signe de la présence d'eau liquide – et peut-être de vie – à la surface de cette planète.

D'ailleurs, cette nouvelle signature est dans le viseur du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA. Bien que les scientifiques aient proposé d’autres signes d’habitabilité, ces caractéristiques sont difficiles, voire impossibles, à mesurer avec les technologies actuelles. L’équipe affirme que cette nouvelle signature, de dioxyde de carbone relativement appauvri, est le seul signe d’habitabilité détectable actuellement.

“Le Saint Graal de la science des exoplanètes est la recherche de mondes habitables et de la présence de vie, mais toutes les caractéristiques évoquées jusqu'à présent étaient hors de portée des observatoires les plus récents”, explique Julien de Wit, professeur adjoint de science des exoplanètes. sciences planétaires au MIT. “Nous avons désormais un moyen de découvrir s'il y a de l'eau liquide sur une autre planète. Et c'est quelque chose que nous pourrons y parvenir dans les prochaines années.”

Les conclusions de l'équipe apparaîtront dans Astronomie naturelle. De Wit a codirigé l'étude avec Amaury Triaud de l'Université de Birmingham au Royaume-Uni. Leurs co-auteurs au MIT incluent Benjamin Rackham, Prajwal Niraula, Ana Glidden Oliver Jagoutz, Matej Peč, Janusz Petkowski et Sara Seager, ainsi que Frieder Klein de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), Martin Turbet de l'École Polytechnique en France et Franck Selsis du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux.

Au-delà d'une lueur

Les astronomes ont jusqu’à présent détecté plus de 5 200 mondes au-delà de notre système solaire. Avec les télescopes actuels, les astronomes peuvent mesurer directement la distance entre une planète et son étoile et le temps qu'il lui faut pour terminer une orbite. Ces mesures peuvent aider les scientifiques à déterminer si une planète se trouve dans une zone habitable. Mais il n’existe aucun moyen de confirmer directement si une planète est effectivement habitable, ce qui signifie que de l’eau liquide existe à sa surface.

Dans tout notre système solaire, les scientifiques peuvent détecter la présence d’océans liquides en observant des « reflets », c’est-à-dire des éclairs de lumière solaire qui se reflètent sur les surfaces liquides. Ces reflets, ou reflets spéculaires, ont été observés, par exemple, sur la plus grande lune de Saturne, Titan, ce qui a permis de confirmer la présence de grands lacs sur la lune.

Cependant, la détection d’une lueur similaire sur des planètes lointaines est hors de portée des technologies actuelles. Mais de Wit et ses collègues ont réalisé qu'il existe une autre caractéristique habitable près de chez nous qui pourrait être détectable dans des mondes lointains.

“Une idée nous est venue en regardant ce qui se passe avec les planètes telluriques dans notre propre système”, explique Triaud.

Vénus, la Terre et Mars partagent des similitudes, dans la mesure où toutes trois sont rocheuses et habitent une région relativement tempérée par rapport au soleil. La Terre est la seule planète du trio qui héberge actuellement de l’eau liquide. Et l’équipe a noté une autre distinction évidente : la Terre a beaucoup moins de dioxyde de carbone dans son atmosphère.

“Nous supposons que ces planètes ont été créées de la même manière, et si nous voyons une planète avec beaucoup moins de carbone maintenant, elle doit être allée quelque part”, explique Triaud. “Le seul processus capable d'éliminer autant de carbone de l'atmosphère est un cycle de l'eau intense impliquant des océans d'eau liquide.”

En effet, les océans de la Terre ont joué un rôle majeur et durable dans l'absorption du dioxyde de carbone. Au cours de centaines de millions d'années, les océans ont absorbé une quantité énorme de dioxyde de carbone, presque égale à la quantité qui persiste aujourd'hui dans l'atmosphère de Vénus. Cet effet à l'échelle planétaire a laissé l'atmosphère terrestre considérablement appauvrie en dioxyde de carbone par rapport à ses voisines planétaires.

“Sur Terre, une grande partie du dioxyde de carbone atmosphérique a été séquestrée dans l'eau de mer et dans la roche solide au cours des périodes géologiques, ce qui a contribué à réguler le climat et l'habitabilité pendant des milliards d'années”, explique Frieder Klein, co-auteur de l'étude.

L’équipe a estimé que si une diminution similaire du dioxyde de carbone était détectée sur une planète lointaine, par rapport à ses voisines, cela constituerait un signal fiable de la présence d’océans liquides et de vie à sa surface.

“Après avoir examiné de manière approfondie la littérature dans de nombreux domaines allant de la biologie à la chimie, en passant par la séquestration du carbone dans le contexte du changement climatique, nous pensons qu'en effet, si nous détectons une diminution du carbone, cela a de fortes chances d'être un signe fort d'eau liquide et /ou la vie”, dit de Wit.

Une feuille de route pour la vie

Dans leur étude, l’équipe présente une stratégie pour détecter les planètes habitables en recherchant une signature de dioxyde de carbone appauvri. Une telle recherche fonctionnerait mieux pour les systèmes « pois dans une cosse », dans lesquels plusieurs planètes terrestres, toutes à peu près de la même taille, orbitent relativement près les unes des autres, à l’instar de notre propre système solaire. La première étape proposée par l’équipe est de confirmer que les planètes ont une atmosphère, en recherchant simplement la présence de dioxyde de carbone, qui devrait dominer la plupart des atmosphères planétaires.

“Le dioxyde de carbone est un très puissant absorbeur dans l'infrarouge et peut être facilement détecté dans l'atmosphère des exoplanètes”, explique de Wit. “Un signal de dioxyde de carbone peut alors révéler la présence d'atmosphères d'exoplanètes.”

Une fois que les astronomes ont déterminé que plusieurs planètes d’un système hébergent des atmosphères, ils peuvent mesurer leur teneur en dioxyde de carbone, pour voir si une planète en contient nettement moins que les autres. Si tel est le cas, la planète est probablement habitable, ce qui signifie qu’elle abrite d’importantes masses d’eau liquide à sa surface.

Mais des conditions habitables ne signifient pas nécessairement qu’une planète est habitée. Pour voir si la vie pourrait réellement exister, l'équipe propose aux astronomes de rechercher une autre caractéristique de l'atmosphère d'une planète : l'ozone.

Sur Terre, les chercheurs notent que les plantes et certains microbes contribuent à attirer le dioxyde de carbone, mais pas autant que les océans. Néanmoins, dans le cadre de ce processus, les formes de vie émettent de l'oxygène, qui réagit avec les photons du soleil pour se transformer en ozone, une molécule bien plus facile à détecter que l'oxygène lui-même.

Les chercheurs affirment que si l’atmosphère d’une planète montre des signes d’ozone et de dioxyde de carbone appauvri, il s’agit probablement d’un monde habitable et habité.

“Si nous observons de l'ozone, il y a de fortes chances qu'il soit lié au dioxyde de carbone consommé par la vie”, explique Triaud. “Et si c'est la vie, c'est la vie glorieuse. Ce ne serait pas seulement quelques bactéries. Ce serait une biomasse à l'échelle planétaire capable de traiter une énorme quantité de carbone et d'interagir avec elle.”

L'équipe estime que le télescope spatial James Webb de la NASA serait capable de mesurer le dioxyde de carbone, et éventuellement l'ozone, dans des systèmes multiplanétaires proches tels que TRAPPIST-1, un système de sept planètes en orbite autour d'une étoile brillante, à seulement 40 années-lumière de la Terre.

“TRAPPIST-1 est l'un des rares systèmes sur lesquels nous pourrions réaliser des études atmosphériques terrestres avec JWST”, explique de Wit. “Nous disposons désormais d'une feuille de route pour trouver des planètes habitables. Si nous travaillons tous ensemble, des découvertes révolutionnaires pourraient être réalisées dans les prochaines années.”