Il n'est pas exagéré de dire que l'étude des planètes extrasolaires a explosé ces dernières décennies. À ce jour, 4, 375 exoplanètes ont été confirmées en 3, 247 systèmes, avec 5 autres, 856 candidats en attente de confirmation. Dans les années récentes, les études d'exoplanètes ont commencé à passer du processus de découverte à celui de caractérisation. Ce processus devrait s'accélérer une fois que les télescopes de nouvelle génération seront opérationnels.

Par conséquent, les astrobiologistes travaillent à créer des listes complètes de « biosignatures, " qui fait référence aux composés chimiques et aux processus associés à la vie (oxygène, gaz carbonique, l'eau, etc.) Mais selon de nouvelles recherches menées par une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT), une autre biosignature potentielle que nous devrions rechercher est un hydrocarbure appelé isoprène (C 5 H 8 ).

L'étude qui décrit leurs conclusions, "Évaluation de l'isoprène en tant que gaz de biosignature possible dans les exoplanètes avec des atmosphères anoxiques, " est récemment apparu en ligne et a été accepté pour publication par la revue Astrobiologie . Pour le plaisir de leur étude, l'équipe du MIT a examiné la liste croissante de biosignatures possibles que les astronomes seront à l'affût dans les années à venir.

À ce jour, la grande majorité des exoplanètes ont été détectées et confirmées par des méthodes indirectes. Pour la plupart, les astronomes se sont appuyés sur la méthode du transit (photométrie de transit) et la méthode de la vitesse radiale (spectroscopie Doppler), seul ou en combinaison. Seuls quelques-uns ont été détectables par imagerie directe, ce qui rend très difficile la caractérisation des atmosphères et des surfaces des exoplanètes.

Ce n'est qu'à de rares occasions que les astronomes ont pu obtenir des spectres leur permettant de déterminer la composition chimique de l'atmosphère de cette planète. C'était soit le résultat de la lumière traversant l'atmosphère d'une exoplanète lors de son passage devant son étoile, soit dans les quelques cas où une imagerie directe s'est produite et où la lumière réfléchie par l'atmosphère de l'exoplanète a pu être étudiée.

Cela est dû en grande partie aux limites de nos télescopes actuels, qui n'ont pas la résolution nécessaire pour observer plus petit, planètes rocheuses qui orbitent plus près de leur étoile. Les astronomes et les astrobiologistes pensent que ce sont ces planètes qui sont les plus susceptibles d'être potentiellement habitables, mais toute lumière réfléchie par leurs surfaces et atmosphères est maîtrisée par la lumière provenant de leurs étoiles.

Cependant, cela changera bientôt à mesure que des instruments de nouvelle génération comme le télescope spatial James Webb (JWST) seront envoyés dans l'espace. Sara Seager, la classe de 1941 professeur de physique et de sciences planétaires au MIT, dirige le groupe de recherche responsable (alias le groupe Seager) et a été co-auteur de l'article. Comme elle l'a dit à Universe Today par e-mail :

"Avec le prochain lancement en octobre 2021 du télescope spatial James Webb, nous aurons notre première capacité à rechercher des gaz de biosignature, mais ce sera difficile car les signaux atmosphériques de la petite planète rocheuse sont si faibles au départ. Avec le JWST sur le horizon, le nombre de personnes travaillant dans le domaine a considérablement augmenté. Des études telles que celle-ci proposent de nouveaux gaz potentiels de biosignature, et d'autres travaux montrant des faux positifs potentiels, même pour des gaz tels que l'oxygène."

Une fois déployé et opérationnel, le JWST pourra observer notre univers à des longueurs d'onde plus longues (dans le proche et moyen infrarouge) et avec une sensibilité grandement améliorée. Le télescope s'appuiera également sur une série de spectrographes pour obtenir des données de composition, ainsi que des coronographes pour bloquer la lumière obscurcissante des étoiles mères. Cette technologie permettra aux astronomes de caractériser les atmosphères de petites planètes rocheuses.

À son tour, ces données permettront aux scientifiques d'imposer des contraintes beaucoup plus strictes sur l'habitabilité d'une exoplanète et pourraient même conduire à la détection de biosignatures connues (et/ou potentielles). Comme indiqué, ces « biosignatures » comprennent les indications chimiques associées à la vie et au processus biologique, sans parler des types de conditions qui lui sont favorables.

Il s'agit notamment de l'oxygène gazeux (O 2 ), qui est essentiel à la plupart des formes de vie sur Terre et est produit par des organismes photosynthétiques (plantes, des arbres, cyanobactéries, etc.). Ces mêmes organismes métabolisent le dioxyde de carbone (CO 2 ), que la vie métabolisant l'oxygène émet en tant que déchet. Il y a aussi de l'eau (H 2 O), qui est essentiel à toute vie telle que nous la connaissons, et le méthane (CH 4 ), qui est émis par la matière organique en décomposition.

Étant donné que l'on pense que l'activité volcanique joue un rôle important dans l'habitabilité de la planète, les sous-produits chimiques associés au volcanisme :le sulfure d'hydrogène (H 2 S), dioxyde de soufre (SO 2 ), monoxyde de carbone (CO), hydrogène gazeux (H 2 ), etc. – sont également considérées comme des biosignatures. A cette liste, Zhan, Seager, et leurs collègues ont souhaité ajouter une autre biosignature possible :l'isoprène. Comme Zhan l'a expliqué à Universe Today par e-mail :

"Notre groupe de recherche au MIT se concentre sur l'utilisation d'une approche holistique pour explorer tous les gaz possibles en tant que gaz de biosignature potentiel. Nos travaux antérieurs ont conduit à la création de la base de données de toutes les petites molécules. Nous procédons au filtrage de la base de données ASM pour identifier le gaz de biosignature le plus plausible candidats, dont l'un est l'isoprène, en utilisant l'apprentissage automatique et des approches axées sur les données."

Comme son cousin le méthane, L'isoprène est une molécule d'hydrocarbure organique qui est produite en tant que métabolite secondaire par diverses espèces ici sur Terre. En plus des arbres à feuilles caduques, l'isoprène est également produit par un large éventail d'organismes éloignés de l'évolution, tels que les bactéries, les plantes, et animaux. Comme Seager l'a expliqué, cela le rend prometteur en tant que biosignature potentielle :

« L'isoprène est prometteur car il est produit en grandes qualités par la vie sur Terre, autant que la production de méthane ! De plus, une grande variété de formes de vie (des bactéries aux plantes et aux animaux), ceux qui sont évolutifs éloignés les uns des autres, produire de l'isoprène, suggérant que cela pourrait être une sorte de bloc de construction clé que la vie ailleurs pourrait également faire. »

Alors que l'isoprène est à peu près aussi abondant que le méthane ici sur Terre, l'isoprène est détruit par interaction avec l'oxygène et les radicaux contenant de l'oxygène. Pour cette raison, Zhang, Seager, et leur équipe a choisi de se concentrer sur les atmosphères anoxiques. Ce sont des environnements qui sont principalement composés de H 2 , CO 2 , et de l'azote gazeux (N 2 ), qui est similaire à ce dont l'atmosphère primordiale de la Terre était composée.

D'après leurs conclusions, une planète primordiale (où la vie commence à émerger) aurait de l'isoprène abondant dans son atmosphère. Cela aurait été le cas sur Terre il y a 4 à 2,5 milliards d'années, lorsque les organismes unicellulaires étaient la seule vie et que les cyanobactéries photosynthétiques transformaient lentement l'atmosphère terrestre en une atmosphère riche en oxygène.

Il y a 2,5 milliards d'années, cela a abouti au "Grand événement d'oxygénation" (GOE), qui s'est avéré toxique pour de nombreux organismes (et des métabolites comme l'isoprène). C'est également à cette époque que des formes de vie complexes (eucaryotes et organismes multicellulaires) ont commencé à émerger. A cet égard, l'isoprène pourrait être utilisé pour caractériser les planètes qui sont au milieu d'un changement évolutif majeur et jeter les bases de futurs phylums animaux.

Mais comme Zhang l'a noté, découvrir cette biosignature potentielle sera un défi, même pour le JWST :

« Les mises en garde avec l'isoprène en tant que biomarqueur sont les suivantes :(1) 10x-100x le taux de production d'isoprène de la Terre est nécessaire pour la détection ; (2) La détection de la caractéristique spectrale de l'isoprène dans le proche infrarouge peut être entravée par la présence de méthane ou d'autres hydrocarbures. Unique. la détection de l'isoprène sera difficile avec JWST, car de nombreuses molécules d'hydrocarbures partagent des caractéristiques de spectre similaires dans les longueurs d'onde du proche infrarouge. Mais les futurs télescopes qui se concentrent sur la longueur d'onde de l'IR moyen seront capables de détecter de manière unique les caractéristiques spectrales de l'isoprène."

Au-delà du JWST, le télescope spatial romain Nancy Grace (successeur de la mission Hubble) s'envolera également dans l'espace d'ici 2025. Cet observatoire aura la puissance de 100 Hubbles et ses filtres infrarouges récemment améliorés lui permettront de caractériser les exoplanètes par lui-même et grâce à des collaborations avec le JWST et autres « grands observatoires ».

Il existe également plusieurs télescopes au sol actuellement en construction ici sur Terre qui s'appuieront sur des spectromètres sophistiqués, coronographes et optique adaptative (AO). Il s'agit notamment du télescope extrêmement grand (ELT), le télescope géant de Magellan (GMT), le Thirty Meter Telescope (TMT) Ces télescopes pourront également réaliser des études d'imagerie directe des exoplanètes, et les résultats devraient être révolutionnaires.

Entre des instruments améliorés, l'amélioration rapide de l'analyse des données et des techniques, et des améliorations de notre méthodologie, l'étude des exoplanètes ne devrait que s'accélérer davantage. En plus d'en avoir des dizaines de milliers d'autres disponibles pour l'étude (dont beaucoup seront rocheux et « semblables à la Terre »), les vues sans précédent que nous en aurons nous permettront de voir combien de mondes habitables existent.

Il reste à voir si cela entraînera ou non la découverte de la vie extraterrestre au cours de nos vies. Mais une chose est claire. Dans les années à venir, quand les astronomes commenceront à passer au peigne fin toutes les nouvelles données qu'ils auront sur les atmosphères des exoplanètes, ils auront une liste complète de biosignatures pour les guider.