Afin de rechercher la vie dans l'espace extra-atmosphérique, les astronomes doivent d'abord savoir où chercher. Une nouvelle étude de la Northwestern University aidera les astronomes à affiner la recherche.

L'équipe de recherche est la première à combiner la modélisation climatique en 3D avec la chimie atmosphérique pour explorer l'habitabilité des planètes autour des étoiles naines M, qui représentent environ 70% de la population galactique totale. A l'aide de cet outil, les chercheurs ont redéfini les conditions qui rendent une planète habitable en tenant compte du rayonnement de l'étoile et de la vitesse de rotation de la planète.

Parmi ses conclusions, l'équipe du Nord-Ouest, en collaboration avec des chercheurs de l'Université du Colorado Boulder, Le Virtual Planet Laboratory de la NASA et le Massachusetts Institute of Technology, découvert que seules les planètes en orbite autour d'étoiles actives - celles qui émettent beaucoup de rayonnement ultraviolet (UV) - perdent beaucoup d'eau par vaporisation. Planètes autour inactives, ou calme, les étoiles sont plus susceptibles de maintenir de l'eau liquide vitale.

Les chercheurs ont également découvert que les planètes avec de fines couches d'ozone, qui ont des températures de surface autrement habitables, recevoir des niveaux dangereux de doses d'UV, ce qui les rend dangereux pour la durée de vie de la surface complexe.

"Pendant la majeure partie de l'histoire de l'humanité, la question de savoir si la vie existe ou non ailleurs n'appartient qu'au domaine philosophique, " a déclaré Howard Chen de Northwestern, le premier auteur de l'étude. "Ce n'est que ces dernières années que nous avons eu les outils de modélisation et la technologie d'observation pour répondre à cette question."

"Toujours, il y a beaucoup d'étoiles et de planètes là-bas, ce qui signifie qu'il y a beaucoup de cibles, " a ajouté Daniel Horton, auteur principal de l'étude. "Notre étude peut aider à limiter le nombre d'endroits où nous devons pointer nos télescopes."

La recherche sera publiée en ligne le 14 novembre dans le Journal d'astrophysique .

Horton est professeur adjoint de sciences de la Terre et des planètes au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. Chen est titulaire d'un doctorat. candidat au groupe de recherche sur le changement climatique de Northwestern et futur chercheur de la NASA.

La "zone Boucle d'or"

Pour soutenir une vie complexe, les planètes doivent être capables de maintenir de l'eau liquide. Si une planète est trop proche de son étoile, alors l'eau se vaporisera complètement. Si une planète est trop éloignée de son étoile, alors l'eau gèlera, et l'effet de serre sera incapable de garder la surface suffisamment chaude pour la vie. Cette zone Goldilocks est appelée la "zone habitable circumstellaire, " un terme inventé par le professeur James Kasting de la Penn State University.

Les chercheurs ont travaillé pour déterminer à quel point une planète est trop proche pour qu'elle puisse contenir de l'eau liquide. En d'autres termes, ils recherchent le « bord intérieur » de la zone habitable.

"Le bord intérieur de notre système solaire est entre Vénus et la Terre, » expliqua Chen. « Vénus n'est pas habitable; La Terre l'est."

Horton et Chen regardent au-delà de notre système solaire pour localiser les zones habitables au sein des systèmes stellaires nains M. Parce qu'ils sont nombreux et plus faciles à trouver et à enquêter, Les planètes naines M sont devenues des précurseurs dans la recherche de planètes habitables. Ils tirent leur nom du petit, frais, étoiles ternes autour desquelles ils gravitent, appelés naines M ou "naines rouges".

Chimie cruciale

D'autres chercheurs ont caractérisé les atmosphères des planètes naines M en utilisant à la fois des modèles climatiques mondiaux 1D et 3D. Ces modèles sont également utilisés sur Terre pour mieux comprendre le climat et le changement climatique. Études 3D antérieures d'exoplanètes rocheuses, cependant, ont raté quelque chose d'important :la chimie.

En couplant la modélisation climatique 3D avec la photochimie et la chimie atmosphérique, Horton et Chen ont construit une image plus complète de la façon dont le rayonnement UV d'une étoile interagit avec les gaz, y compris la vapeur d'eau et l'ozone, dans l'atmosphère de la planète.

Dans leurs simulations, Horton et Chen ont découvert que le rayonnement d'une étoile joue un rôle déterminant dans l'habitabilité ou non d'une planète. Spécifiquement, ils ont découvert que les planètes en orbite autour d'étoiles actives sont vulnérables à la perte d'importantes quantités d'eau en raison de la vaporisation. Cela contraste fortement avec les recherches précédentes utilisant des modèles climatiques sans photochimie active.

L'équipe a également découvert que de nombreuses planètes de la zone habitable circumstellaire ne pouvaient pas maintenir la vie en raison de leurs fines couches d'ozone. Malgré des températures de surface par ailleurs habitables, Les couches d'ozone de ces planètes laissent passer trop de rayons UV et pénètrent dans le sol. Le niveau de rayonnement serait dangereux pour la vie à la surface.

"La photochimie 3D joue un rôle énorme car elle fournit le chauffage ou le refroidissement, qui peut affecter la thermodynamique et peut-être la composition atmosphérique d'un système planétaire, ", a déclaré Chen. "Ces types de modèles n'ont pas vraiment été utilisés dans la littérature sur les exoplanètes étudiant les planètes rocheuses, car ils sont si coûteux en calcul. D'autres modèles photochimiques étudiant des planètes beaucoup plus grandes, comme les géantes gazeuses et les Jupiters chauds, montrent déjà qu'on ne peut pas négliger la chimie lorsqu'on étudie le climat."

"Il a également été difficile d'adapter ces modèles car ils ont été conçus à l'origine pour des conditions terrestres, " a déclaré Horton. " Modifier les conditions aux limites et continuer à faire fonctionner les modèles avec succès a été un défi. "

'Sommes-nous seuls?'

Horton et Chen pensent que ces informations aideront les astronomes observateurs à rechercher la vie ailleurs. Instruments, tels que le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb, ont la capacité de détecter la vapeur d'eau et l'ozone sur les exoplanètes. Ils ont juste besoin de savoir où chercher.

"'Sommes-nous seuls?' est l'une des plus grandes questions sans réponse, " dit Chen. " Si nous pouvons prédire quelles planètes sont les plus susceptibles d'héberger la vie, alors nous pourrions nous rapprocher d'autant plus d'y répondre au cours de notre vie."