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    Lumière brillante (étoile) sur la recherche de la vie

    La conception d'un artiste d'une exoplanète semblable à la Terre. Crédit :NASA/GSFC/C. Meaney/B. Monroe/S. Wiessinger

    Dans la chasse à la vie sur d'autres mondes, les astronomes parcourent des planètes à des années-lumière. Ils ont besoin de moyens d'identifier la vie à distance, mais qu'est-ce qui compte comme une bonne preuve ?

    Notre propre planète est source d'inspiration. Les microbes remplissent l'air de méthane; les plantes photosynthétiques rejettent de l'oxygène. Peut-être que ces gaz pourraient être trouvés partout où la vie s'est installée.

    Mais sur des mondes bien différents du nôtre, des signes de vie putatifs peuvent être provoqués par des processus non biologiques. Pour connaître un vrai signe quand tu le vois, l'astronome Kevin France à l'Université du Colorado, Rocher, dit, vous devez regarder au-delà de la planète elle-même, jusqu'à l'étoile brillante qu'il orbite.

    À cette fin, France et son équipe ont conçu la mission SISTINE. Voler sur une fusée-sonde pour un vol de 15 minutes, il observera les étoiles lointaines pour aider à interpréter les signes de vie sur les planètes qui les orbitent. La mission sera lancée à partir de la chaîne de missiles White Sands au Nouveau-Mexique aux petites heures du matin du 5 août. 2019.

    Quand la Terre est un mauvais exemple

    Peu de temps après la formation de la Terre il y a 4,6 milliards d'années, il était enveloppé d'une atmosphère délétère. Les volcans crachaient du méthane et du soufre. L'air regorgeait jusqu'à 200 fois plus de dioxyde de carbone que les niveaux actuels.

    Ce n'est pas avant un milliard et demi d'années que l'oxygène moléculaire, qui contient deux atomes d'oxygène, est entré en scène. C'était un déchet, rejetés par d'anciennes bactéries par photosynthèse. Mais cela a donné le coup d'envoi à ce qui est devenu le grand événement d'oxydation, changeant en permanence l'atmosphère terrestre et ouvrant la voie à des formes de vie plus complexes.

    L'atmosphère de la jeune Terre aurait pu ressembler à l'interprétation de cet artiste - un point orange pâle. Crédit :NASA/GSFC/F. Reddy

    "Nous n'aurions pas de grandes quantités d'oxygène dans notre atmosphère si nous n'avions pas cette vie à la surface, ", a déclaré la France.

    L'oxygène est connu comme un biomarqueur :un composé chimique associé à la vie. Sa présence dans l'atmosphère terrestre fait allusion aux formes de vie qui se cachent en dessous. Mais comme des modèles informatiques sophistiqués l'ont maintenant montré, les biomarqueurs sur Terre ne sont pas toujours aussi fiables pour les exoplanètes, ou des planètes en orbite autour d'étoiles ailleurs dans l'univers.

    La France pointe vers les étoiles naines M pour plaider cette cause. Plus petit et plus froid que notre Soleil, Les nains M représentent près des trois quarts de la population stellaire de la Voie lactée. Pour comprendre les exoplanètes qui les orbitent, les scientifiques ont simulé des planètes de la taille de la Terre encerclant des naines M. Des différences avec la Terre sont rapidement apparues.

    Les naines M génèrent une lumière ultraviolette intense. Lorsque cette lumière a frappé la planète semblable à la Terre simulée, il a arraché le carbone du dioxyde de carbone, laissant de l'oxygène moléculaire libre. La lumière UV a également brisé les molécules de vapeur d'eau, libérant des atomes d'oxygène isolés. Les atmosphères créaient de l'oxygène, mais sans vie.

    "Nous appelons ces biomarqueurs faussement positifs, " La France a dit. " Vous pouvez produire de l'oxygène sur une planète semblable à la Terre grâce à la photochimie seule. "

    Les faibles niveaux d'oxygène de la Terre sans vie étaient une sorte de coup de chance - merci, en partie, à notre interaction avec notre Soleil. Les systèmes d'exoplanètes avec des étoiles différentes pourraient être différents. "Si nous pensons comprendre l'atmosphère d'une planète mais ne comprenons pas l'étoile autour de laquelle elle orbite, nous allons probablement nous tromper, ", a déclaré la France.

    Le télescope spatial Hubble a capturé cette image de la nébuleuse planétaire NGC 6826 le 27 janvier 1996. SISTINE imagera NGC 6826 lors de son premier vol pour étalonner ses instruments. Crédit : TVH/NASA/ESA

    Connaître une planète, Étudiez son étoile

    France et son équipe ont conçu SISTINE pour mieux comprendre les étoiles hôtes et leurs effets sur les atmosphères des exoplanètes. Abréviation de Suborbital Imaging Spectrograph for Transition region Irradiance from Nearby Exoplanet host stars, SISTINE mesure le rayonnement à haute énergie de ces étoiles. Connaissant les spectres des étoiles hôtes, les scientifiques peuvent mieux distinguer les vrais biomarqueurs des faux positifs sur leurs planètes en orbite.

    Pour faire ces mesures, SISTINE utilise un spectrographe, un instrument qui sépare la lumière en ses composants.

    "Les spectres sont comme des empreintes digitales, " dit Jane Rigby, un astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui utilise la méthodologie. "C'est comme ça qu'on découvre de quoi sont faites les choses, à la fois sur notre planète et lorsque nous regardons l'univers."

    SISTINE mesure des spectres dans des longueurs d'onde de 100 à 160 nanomètres, une gamme de lumière UV lointaine qui, entre autres, peut créer de l'oxygène, générer éventuellement un faux positif. Le rendement lumineux dans cette plage varie avec la masse de l'étoile, ce qui signifie que des étoiles de masses différentes différeront presque sûrement de notre Soleil.

    SISTINE peut également mesurer les flares, ou des explosions stellaires brillantes, qui libèrent des doses intenses de lumière ultraviolette lointaine en une seule fois. Des éruptions fréquentes pourraient transformer un environnement habitable en un environnement mortel.

    La mission SISTINE volera sur une fusée-sonde Black Brant IX. Les fusées-sondes font court, des vols ciblés dans l'espace avant de retomber sur Terre; Le vol de SISTINE lui donne environ cinq minutes d'observation. Bien que bref, SISTINE peut voir les étoiles dans des longueurs d'onde inaccessibles aux observatoires comme le télescope spatial Hubble.

    Le système Alpha Centauri en lumière optique (principale) et à rayons X (en médaillon). Seules les deux plus grandes étoiles, Alpha Cen A et B, sont visibles. Ces deux étoiles seront les cibles du deuxième vol de SISTINE. Crédit :Zdenek Bardon/NASA/CXC/Univ. du Colorado/T. Ayres et al.

    Deux lancements sont prévus. La première, de White Sands en août, calibrera l'instrument. SISTINE volera à 174 milles au-dessus de la surface de la Terre pour observer NGC 6826, un nuage de gaz entourant une étoile naine blanche située à environ 2, 000 années-lumière dans la constellation du Cygne. NGC 6826 est brillant sous la lumière UV et montre des raies spectrales nettes, une cible claire pour vérifier leur équipement.

    Après étalonnage, le deuxième lancement suivra en 2020 depuis le centre spatial d'Arnhem à Nhulunbuy, Australie. Là, ils observeront les spectres UV d'Alpha Centauri A et B, les deux plus grandes étoiles du système à trois étoiles Alpha Centauri. A 4,37 années-lumière, ces étoiles sont nos plus proches voisines stellaires et des cibles de choix pour les observations d'exoplanètes. (Le système abrite Proxima Centauri B, l'exoplanète la plus proche de la Terre.)

    Tester de nouvelles technologies

    Les observations de SISTINE et la technologie utilisée pour les acquérir sont conçues en vue de missions futures.

    L'un est le télescope spatial James Webb de la NASA, le lancement est actuellement prévu pour 2021. L'observatoire de l'espace lointain verra la lumière visible à moyen infrarouge, utile pour détecter les exoplanètes en orbite autour des naines M. Les observations de SISTINE peuvent aider les scientifiques à comprendre la lumière de ces étoiles dans des longueurs d'onde que Webb ne peut pas voir.

    SISTINE propose également de nouvelles plaques de détection UV et de nouveaux revêtements optiques sur ses miroirs, conçu pour les aider à mieux réfléchir plutôt qu'absorber la lumière UV extrême. Faire voler cette technologie sur SISTINE permet de les tester pour les futurs grands télescopes spatiaux UV/optiques de la NASA.

    En capturant les spectres stellaires et en faisant progresser la technologie pour les futures missions, SISTINE relie ce que nous savons à ce que nous devons encore apprendre. C'est alors que le vrai travail commence. "Notre travail en tant qu'astronomes est de rassembler ces différents ensembles de données pour raconter une histoire complète, " dit Rigby.


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