Les astronomes ont découvert qu'une exoplanète plus de deux fois la taille de la Terre est potentiellement habitable, ouvrant la recherche de la vie à des planètes nettement plus grandes que la Terre mais plus petites que Neptune.

Une équipe de l'Université de Cambridge a utilisé la masse, rayon, et les données atmosphériques de l'exoplanète K2-18b et déterminé qu'il est possible pour la planète d'héberger de l'eau liquide dans des conditions habitables sous son atmosphère riche en hydrogène. Les résultats sont rapportés dans Les lettres du journal astrophysique .

L'exoplanète K2-18b, 124 années-lumière, est 2,6 fois le rayon et 8,6 fois la masse de la Terre, et orbite autour de son étoile dans la zone habitable, où les températures pourraient permettre à l'eau liquide d'exister. La planète a fait l'objet d'une importante couverture médiatique à l'automne 2019, car deux équipes différentes ont signalé la détection de vapeur d'eau dans son atmosphère riche en hydrogène. Cependant, l'étendue de l'atmosphère et les conditions de l'intérieur sous-jacent restaient inconnues.

"De la vapeur d'eau a été détectée dans l'atmosphère d'un certain nombre d'exoplanètes mais, même si la planète est dans la zone habitable, cela ne signifie pas nécessairement qu'il y a des conditions habitables en surface, " a déclaré le Dr Nikku Madhusudhan de l'Institut d'astronomie de Cambridge, qui a dirigé la nouvelle recherche. « Pour établir les perspectives d'habitabilité, il est important d'obtenir une compréhension unifiée des conditions intérieures et atmosphériques de la planète, en particulier, si l'eau liquide peut exister sous l'atmosphère.

Compte tenu de la grande taille de K2-18b, il a été suggéré que cela ressemblerait plus à une version plus petite de Neptune qu'à une version plus grande de la Terre. Un « mini-Neptune » devrait avoir une « enveloppe » d'hydrogène importante entourant une couche d'eau à haute pression, avec un noyau interne de roche et de fer. Si l'enveloppe d'hydrogène est trop épaisse, la température et la pression à la surface de la couche d'eau en dessous seraient bien trop élevées pour soutenir la vie.

Maintenant, Madhusudhan et son équipe ont montré que malgré la taille de K2-18b, son enveloppe d'hydrogène n'est pas nécessairement trop épaisse et la couche d'eau pourrait avoir les bonnes conditions pour soutenir la vie. Ils ont utilisé les observations existantes de l'atmosphère, ainsi que la masse et le rayon, déterminer la composition et la structure de l'atmosphère et de l'intérieur en utilisant des modèles numériques détaillés et des méthodes statistiques pour expliquer les données.

Les chercheurs ont confirmé que l'atmosphère était riche en hydrogène avec une quantité importante de vapeur d'eau. Ils ont également constaté que les niveaux d'autres produits chimiques tels que le méthane et l'ammoniac étaient plus faibles que prévu pour une telle atmosphère. Reste à savoir si ces niveaux peuvent être attribués à des processus biologiques.

L'équipe a ensuite utilisé les propriétés atmosphériques comme conditions aux limites pour les modèles de l'intérieur de la planète. Ils ont exploré un large éventail de modèles qui pourraient expliquer les propriétés atmosphériques ainsi que la masse et le rayon de la planète. Cela leur a permis d'obtenir l'éventail des conditions possibles à l'intérieur, y compris l'étendue de l'enveloppe d'hydrogène et les températures et pressions dans la couche d'eau.

"Nous voulions connaître l'épaisseur de l'enveloppe d'hydrogène - jusqu'où va l'hydrogène, " a déclaré le co-auteur Matthew Nixon, un doctorat Étudiant à l'Institut d'Astronomie. "Bien qu'il s'agisse d'une question aux solutions multiples, nous avons montré que vous n'avez pas besoin de beaucoup d'hydrogène pour expliquer toutes les observations ensemble."

Les chercheurs ont découvert que l'étendue maximale de l'enveloppe d'hydrogène permise par les données est d'environ 6% de la masse de la planète, bien que la plupart des solutions nécessitent beaucoup moins. La quantité minimale d'hydrogène est d'environ un millionième en masse, similaire à la fraction massique de l'atmosphère terrestre. En particulier, un certain nombre de scénarios permettent un monde océanique, avec de l'eau liquide sous l'atmosphère à des pressions et des températures similaires à celles trouvées dans les océans de la Terre.

Cette étude ouvre la recherche de conditions habitables et de bio-signatures en dehors du système solaire à des exoplanètes nettement plus grandes que la Terre, au-delà des exoplanètes semblables à la Terre. En outre, les planètes telles que K2-18b sont plus accessibles aux observations atmosphériques avec les installations d'observation actuelles et futures. Les contraintes atmosphériques obtenues dans cette étude peuvent être affinées à l'aide d'observations futures avec de grandes installations telles que le futur télescope spatial James Webb.