Y a-t-il de la vie sur une planète lointaine ? Les astronomes tentent de le découvrir en analysant la lumière diffusée par l'atmosphère d'une planète. Une partie de cette lumière, qui provient des étoiles qu'il orbite, a interagi avec son atmosphère, et fournit des indices importants sur les gaz qu'il contient. Si des gaz comme l'oxygène, du méthane ou de l'ozone sont détectés, qui pourraient indiquer la présence d'organismes vivants. Ces gaz sont connus sous le nom de biosignatures. Une équipe de scientifiques de l'EPFL et de l'Université Tor Vergata de Rome a développé un modèle statistique qui peut aider les astronomes à interpréter les résultats de la recherche de ces « signes de vie ». Leurs recherches viennent d'être publiées dans Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).

Depuis que la première exoplanète - une planète qui orbite autour d'une étoile autre que le soleil - a été découverte il y a 25 ans, plus de 4, 300 autres ont été identifiés. Et la liste ne cesse de s'allonger :un nouveau est découvert tous les deux ou trois jours. Environ 200 des exoplanètes trouvées à ce jour sont telluriques, ce qui signifie qu'ils se composent principalement de roches, comme la Terre. Bien que ce ne soit pas la seule exigence pour qu'une planète puisse héberger la vie - elle doit également avoir de l'eau et être à une certaine distance de son soleil - c'est un critère que les astronomes utilisent pour concentrer leur recherche.

Dans les années à venir, l'utilisation de la spectroscopie de gaz pour détecter les biosignatures dans l'atmosphère des planètes deviendra un élément de plus en plus important de l'astronomie. De nombreux programmes de recherche sont déjà en cours dans ce domaine, comme pour le satellite de chasse aux exoplanètes CHEOPS, qui est entré en orbite en décembre 2019, et le télescope optique James-Webb, lancement prévu en octobre 2021.

Commencer par un inconnu

Alors que de nombreux progrès ont été réalisés dans la détection des biosignatures exoplanétaires, plusieurs points d'interrogation subsistent. Quelles sont les implications de ce type de recherche ? Et comment doit-on interpréter les résultats ? Et si une seule biosignature était détectée sur une planète ? Ou que se passe-t-il si aucune biosignature n'est détectée, que devons-nous conclure ? C'est à ce genre de questions que les scientifiques de l'EPFL-Tor Vergata ont tenté de répondre avec leur nouveau modèle.

Leurs travaux abordent le problème sous un nouvel angle. Traditionnellement, les astronomes ont recherché la vie sur une autre planète en se basant sur ce que nous savons de la vie et de l'évolution biologique sur Terre. Mais avec leur nouvelle méthode, les scientifiques sont partis d'une inconnue :combien d'autres planètes de notre galaxie ont une forme de vie. Leur modèle intègre des facteurs tels que le nombre estimé d'autres étoiles dans la galaxie similaires au soleil et le nombre de planètes telluriques qui pourraient orbiter à une distance habitable de ces étoiles. Il utilise des statistiques bayésiennes, particulièrement bien adaptées aux petites tailles d'échantillons, pour calculer la probabilité de vie dans notre galaxie en fonction du nombre de biosignatures détectées :une, plusieurs ou aucun.

"Intuitivement, il est logique que si nous trouvons de la vie sur une autre planète, il y en a probablement beaucoup d'autres dans la galaxie avec un certain type d'organisme vivant. Mais combien ?" dit Amedeo Balbi, professeur d'astronomie et d'astrophysique au département de physique de Tor Vergata. "Notre modèle transforme cette hypothèse intuitive en un calcul statistique, et nous permet de déterminer exactement ce que les nombres signifient en termes de quantité et de fréquence."

"Les astronomes utilisent déjà diverses hypothèses pour évaluer la crédibilité de la vie sur une planète donnée, " dit Claudio Grimaldi, chercheur au Laboratoire de physique de la matière complexe (LPMC) de l'EPFL, également affilié au Centre de recherche Enrico Fermi à Rome. "L'un de nos objectifs de recherche était donc de développer une méthode pour peser et comparer ces hypothèses à la lumière des nouvelles données qui seront collectées au cours des prochaines années."

Se propager d'une planète à l'autre

Étant donné le petit nombre de planètes qui seront probablement examinées dans un avenir proche, et en supposant que la vie émergera indépendamment sur n'importe quelle planète, l'étude EPFL-Tor Vergata a révélé que même si une seule biosignature est détectée, on peut conclure avec une probabilité supérieure à 95 % qu'il y en a plus de 100, 000 planètes habitées dans la galaxie - plus que le nombre de pulsars, qui sont des objets créés lorsqu'une étoile massive explose en fin de vie. D'autre part, si aucune biosignature n'est détectée, nous ne pouvons pas nécessairement conclure que d'autres formes de vie n'existent pas ailleurs dans la Voie lactée.

Les scientifiques ont également examiné la théorie de la panspermie, qui affirme qu'au lieu d'émerger indépendamment sur une planète donnée, des formes de vie pourraient être transportées d'une autre planète, par exemple par la matière organique ou des organismes microscopiques transportés sur des comètes ou se propageant entre des planètes voisines. Cela implique que la probabilité de la vie sur une planète dépend également de sa distance par rapport aux autres planètes et de la facilité avec laquelle diverses formes de vie - dont les caractéristiques physiques pourraient être extrêmement différentes de celles que nous connaissons - sont capables de résister aux conditions extrêmes de l'espace. voyager et s'adapter à la nouvelle planète. La prise en compte de la panspermie modifie le nombre inféré de planètes habitées ailleurs dans la galaxie.