Ce mois-ci marquera un nouveau chapitre dans la recherche de la vie extraterrestre, lorsque le télescope spatial le plus puissant jamais construit commencera à espionner les planètes en orbite autour d’autres étoiles. Les astronomes espèrent que le télescope spatial James Webb révélera si certaines de ces planètes ont des atmosphères qui pourraient soutenir la vie.
Déterminer l’atmosphère dans un autre système solaire serait assez cool. Mais il y a une chance – même minime – qu’une de ces atmosphères offre ce qu’on appelle une biosignature : une référence à la vie elle-même.
« Je pense que nous pourrons trouver des planètes que nous pensons intéressantes – vous savez, de bonnes perspectives de vie », a déclaré Megan Mansfield, astronome à l’Université de l’Arizona. « Mais nous ne pourrons pas nécessairement identifier la vie tout de suite. »
Jusqu’à présent, la Terre reste la seule planète de l’univers où l’on sait que la vie existe. Les scientifiques envoient des sondes sur Mars depuis près de 60 ans et n’ont pas encore trouvé Mars. Mais il est concevable que la vie se cache sous la surface de la planète rouge ou attende d’être découverte sur la lune de Jupiter ou de Saturne. Certains chercheurs ont exprimé leur espoir pour cela Planète VénusMalgré l’atmosphère torride des nuages de dioxyde de soufre, elle abrite peut-être les enfants de Vénus.
Même si la Terre s’avère être la seule planète de notre système solaire qui abrite la vie, de nombreux autres systèmes solaires de l’univers abritent des exoplanètes.
En 1995, des astronomes suisses ont découvert la première exoplanète en orbite autour d’une étoile semblable au soleil. Connue sous le nom de 51 Pegasi b, l’exoplanète s’avère être une maison peu prometteuse pour la vie – une géante gazeuse gonflée plus grande que Jupiter et chaude à 1800 degrés Fahrenheit.
Dans les années qui suivirent, les scientifiques trouvèrent Plus de 5 000 autres exoplanètes. Certains sont très similaires à la Terre – à peu près de la même taille, faits de roche au lieu de gaz et en orbite dans la « zone Boucle d’or » autour de leur étoile, pas trop près de la cuisson mais pas assez loin pour geler.
Malheureusement, la taille relativement petite de ces exoplanètes les rendait jusqu’à présent extrêmement difficiles à étudier. Le télescope spatial James Webb, lancé à Noël dernier, va changer cela, agissant comme une loupe pour permettre aux astronomes de regarder de plus près ces mondes.
Depuis son lancement depuis Kourou, en Guyane française, le télescope a j’ai voyagé A des millions de kilomètres de la Terre, il entre dans son orbite autour du Soleil. Là, un bouclier protège son miroir de 21 pieds de toute chaleur ou lumière du soleil ou du sol. Dans cette obscurité profonde, le télescope peut détecter de faibles rayons de lumière lointains, y compris ceux qui pourraient révéler de nouveaux détails sur des planètes lointaines.
Le Dr Mansfield a déclaré que le télescope spatial « est le premier grand observatoire spatial à prendre en compte l’étude des atmosphères des exoplanètes dans sa conception ».
Les ingénieurs de la NASA ont commencé à prendre des photos d’une gamme d’objets avec le télescope Webb à la mi-juin et publieront leurs premières images au public le 12 juillet.
Les exoplanètes figureront dans ce premier lot d’images, a déclaré Eric Smith, scientifique en chef du programme. Étant donné que le télescope passera un temps relativement court à observer les exoplanètes, le Dr Smith a considéré ces premières images comme un regard « rapide et sale » sur la puissance du télescope.
Ces aperçus rapides suivront une série d’observations beaucoup plus longues, à partir de juillet, fournissant une image plus claire des exoplanètes.
Un certain nombre d’équipes d’astronomes prévoient d’examiner sept planètes en orbite autour d’une étoile appelée Trappist-1. Les observations précédentes ont indiqué que trois des planètes occupent la zone habitable.
« C’est un endroit idéal pour chercher des traces de vie en dehors du système solaire », a déclaré Olivia Lim, une étudiante diplômée de l’Université de Montréal qui observera les planètes trappistes-1 à partir du 4 juillet environ.
Trappist-1 étant une petite étoile froide, sa zone habitable est plus proche qu’elle ne l’est dans notre système solaire. En conséquence, ses planètes potentiellement habitables orbitent à courte distance, ne prenant que quelques jours pour orbiter autour de l’étoile. Chaque fois que les planètes passeront devant Trappist-1, les scientifiques pourront répondre à une question basique mais cruciale : l’une d’entre elles a-t-elle une atmosphère ?
« S’il n’y avait pas d’air, il ne serait pas habitable, même s’il se trouvait dans une zone habitable », a déclaré Nicole Lewis, astronome à l’Université Cornell.
Le Dr Lewis et d’autres astronomes ne seraient pas surpris de ne pas trouver d’atmosphères entourant les planètes Trappist-1. Même si les planètes avaient développé des atmosphères lorsqu’elles se sont formées, l’étoile les a peut-être emportées il y a longtemps à l’aide d’ultraviolets et de rayons X.
« Il est possible qu’ils puissent éliminer toute l’atmosphère d’une planète avant même qu’elle ait une chance de commencer à créer la vie », a déclaré le Dr Mansfield. « C’est la première question à laquelle nous essayons de répondre ici : ces planètes pourraient-elles avoir une atmosphère assez longtemps pour pouvoir développer la vie. »
Une planète passant devant Trappist-1 créera une petite ombre, mais l’ombre sera trop petite pour qu’un télescope spatial puisse la capter. Au lieu de cela, le télescope détectera une légère atténuation de la lumière de l’étoile.
« C’est comme regarder une éclipse solaire les yeux fermés », a déclaré Jacob Lustig-Jeiger, un astronome qui a effectué une bourse postdoctorale au Johns Hopkins Laboratory of Applied Physics. « Vous pourriez avoir l’impression que la lumière s’est estompée. »
Une planète avec une atmosphère assombrit l’étoile derrière elle différemment d’une planète nue. Une partie de la lumière de l’étoile traversera directement l’atmosphère, mais les gaz absorberont la lumière à certaines longueurs d’onde. Si les astronomes ne regardaient la lumière des étoiles qu’à ces longueurs d’onde, la planète assombrirait encore plus Trappist-1.
Le télescope renverra ces observations de Trappist-1 vers la Terre. Et puis vous recevez un e-mail du type « Hey, vos données sont disponibles », a déclaré le Dr Mansfield.
Mais la lumière de Trappist-1 sera si faible qu’il faudra du temps pour lui donner un sens. « Votre œil est habitué à traiter des millions de photons par seconde », a déclaré le Dr Smith. « Mais ces télescopes, ils ne collectent que quelques photons par seconde. »
Avant que le Dr Mansfield ou ses collègues astronomes puissent analyser les exoplanètes passant devant Trappist-1, ils devront d’abord les distinguer des infimes fluctuations produites par le mécanisme spécial du télescope.
« Une grande partie du travail que je fais consiste à m’assurer que nous corrigeons soigneusement toute chose étrange que fait le télescope, afin que nous puissions voir ces très petits signaux », a déclaré le Dr Mansfield.
Au terme de ces efforts, le Dr Mansfield et ses collègues découvriront peut-être une atmosphère autour de Trappist-1. Mais ce résultat ne révélera pas à lui seul la nature de l’atmosphère. Il pourrait être riche en azote et en oxygène, comme c’est le cas sur Terre, ou semblable à la soupe toxique de dioxyde de carbone et d’acide sulfurique sur Vénus. Ou il pourrait s’agir d’une combinaison que les scientifiques n’ont jamais vue auparavant.
« Nous n’avons aucune idée de la composition de ces atmosphères », a déclaré Alexander Rathke, astronome à l’Université technique du Danemark. « Nous avons des idées et des simulations et tout ça, mais nous n’avons vraiment aucune idée. Nous devons aller voir. »
Le télescope spatial James Webb, parfois appelé JWST, peut s’avérer suffisamment puissant pour déterminer les composants spécifiques des atmosphères d’exoplanètes, car chaque type de particule absorbe une gamme différente de longueurs d’onde de lumière.
Mais ces découvertes dépendront de la météo sur les planètes extérieures. Une couverture brillante et réfléchissante de nuages pourrait empêcher toute lumière d’étoile d’entrer dans l’atmosphère d’une exoplanète, détruisant toute tentative de recherche d’air spatial.
« Il est vraiment difficile de faire la distinction entre une atmosphère avec des nuages et sans atmosphère », a déclaré le Dr Rathcke.
Si le temps est coopératif, les astronomes sont particulièrement désireux de savoir si les exoplanètes ont de l’eau dans leur atmosphère. Au moins sur Terre, l’eau est une condition préalable à la biologie. « Nous pensons que ce serait probablement un bon point de départ pour la recherche de la vie », a déclaré le Dr Mansfield.
Mais une atmosphère aqueuse ne signifie pas nécessairement qu’une exoplanète abrite la vie. Pour être sûr qu’une planète est vivante, les scientifiques devront découvrir un biomarqueur, une molécule ou un groupe de plusieurs molécules qui sont typiquement formées par des organismes vivants.
Les scientifiques débattent encore de ce qu’est une biosignature fiable. L’atmosphère terrestre est unique dans notre système solaire en ce sens qu’elle contient beaucoup d’oxygène, en grande partie le produit des plantes et des algues. Mais l’oxygène peut aussi être produit sans l’aide de la vie, lorsque les molécules d’eau dans l’air se divisent. De même, le méthane peut être libéré par des microbes vivants mais aussi par des volcans.
Il est possible qu’il existe un certain équilibre des gaz qui peut fournir une empreinte vitale claire, qui ne peut être maintenue sans l’aide de la vie.
« Nous avons besoin de scénarios très favorables pour trouver ces empreintes vitales », a déclaré le Dr Rathcke. « Je ne dis pas que ce n’est pas possible. Je pense juste que c’est tiré par les cheveux. Nous devons être très chanceux. »
Trouver un tel équilibre nécessiterait que le télescope Webb observe une planète qui passe fréquemment devant Trappist-1, a déclaré Joshua Krissansen-Totton, planétologue à l’Université de Californie à Santa Cruz.
« Si quelqu’un se présentait au cours des cinq prochaines années et disait: » Oui, nous avons trouvé la vie avec JWST « , je serais très sceptique quant à cette affirmation », a déclaré le Dr Krissansen-Totton.
Il est possible que le télescope spatial James Webb ne puisse tout simplement pas trouver de données biométriques. Cette mission devra peut-être attendre la prochaine génération de télescopes spatiaux, plus d’une décennie plus tard. Il étudierait ces exoplanètes de la même manière que les gens regardent Mars ou Vénus dans le ciel nocturne : en observant la réflexion de la lumière des étoiles sur elles sur le fond noir de l’espace, plutôt que lorsqu’elles passent devant une étoile.
« La plupart du temps, nous ferons en sorte que les fondations très importantes des futurs télescopes fonctionnent », a prédit le Dr Rathcke. « Je serais très surpris si JWST introduisait des détections d’empreintes digitales biométriques, mais j’espère être corrigé. Je veux dire, c’est essentiellement pour cela que je fais ce travail. »
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