Proxima b, une planète de la taille de la Terre juste à l'extérieur de notre système solaire dans la zone habitable de son étoile, peut ne pas être en mesure de garder une emprise sur son atmosphère, laissant la surface exposée au rayonnement stellaire nocif et réduisant son potentiel d'habitabilité.

A seulement quatre années-lumière, Proxima b est notre plus proche voisin extra-solaire connu. Cependant, du fait qu'il n'a pas été vu en train de passer devant son étoile hôte, l'exoplanète échappe à la méthode habituelle pour connaître son atmosphère. Au lieu, les scientifiques doivent s'appuyer sur des modèles pour comprendre si l'exoplanète est habitable.

Un de ces modèles informatiques a examiné ce qui se passerait si la Terre tournait autour de Proxima Centauri, notre plus proche voisin stellaire et l'étoile hôte de Proxima b, sur la même orbite que Proxima b. L'étude de la NASA, publié le 24 juillet 2017, dans Les lettres du journal astrophysique , suggère que l'atmosphère terrestre ne survivrait pas à proximité de la naine rouge violente.

"Nous avons décidé de prendre la seule planète habitable que nous connaissions à ce jour - la Terre - et de la placer là où se trouve Proxima b, " a déclaré Katherine Garcia-Sage, un scientifique de l'espace au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et auteur principal de l'étude. La recherche a été soutenue par la coalition NExSS de la NASA, qui dirige la recherche de la vie sur des planètes situées au-delà de notre système solaire, et par l'Institut d'astrobiologie de la NASA.

Juste parce que l'orbite de Proxima b est dans la zone habitable, qui est la distance de son étoile hôte où l'eau pourrait s'accumuler à la surface d'une planète, ne veut pas dire qu'il est habitable. Il ne prend pas en compte, par exemple, si l'eau existe réellement sur la planète, ou si une atmosphère pourrait survivre sur cette orbite. Les atmosphères sont également essentielles à la vie telle que nous la connaissons :avoir la bonne atmosphère permet de réguler le climat, le maintien d'une pression de surface respectueuse de l'eau, protection contre les intempéries spatiales dangereuses, et le logement des éléments constitutifs chimiques de la vie.

Le modèle informatique de Garcia-Sage et de ses collègues a utilisé l'atmosphère terrestre, le champ magnétique et la gravité comme proxys de Proxima b. Ils ont également calculé combien de rayonnement Proxima Centauri produit en moyenne, basé sur les observations de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA.

Avec ces données, leur modèle simule comment le rayonnement intense de l'étoile hôte et le brûlage fréquent affectent l'atmosphère de l'exoplanète.

"La question est, combien d'atmosphère est perdue, et à quelle vitesse ce processus se produit-il ?", a déclaré Ofer Cohen, un scientifique de l'espace à l'Université du Massachusetts, Lowell et co-auteur de l'étude. « Si nous estimons ce temps, nous pouvons calculer combien de temps il faut à l'atmosphère pour s'échapper complètement et comparer cela à la durée de vie de la planète."

Une étoile naine rouge active comme Proxima Centauri enlève l'atmosphère lorsque le rayonnement ultraviolet extrême à haute énergie ionise les gaz atmosphériques, faire tomber des électrons et produire une bande de particules chargées électriquement. Dans ce processus, les électrons nouvellement formés gagnent suffisamment d'énergie pour pouvoir facilement échapper à la gravité de la planète et sortir de l'atmosphère.

Les charges opposées s'attirent, de sorte que plus d'électrons chargés négativement quittent l'atmosphère, ils créent une puissante séparation de charge qui entraîne avec eux des ions chargés positivement, dans l'espace.

Dans la zone habitable de Proxima Centauri, Proxima b rencontre des épisodes de rayonnement ultraviolet extrême des centaines de fois plus importants que la Terre provenant du soleil. Ce rayonnement génère suffisamment d'énergie pour éliminer non seulement les molécules les plus légères - l'hydrogène - mais aussi, heures supplémentaires, éléments plus lourds tels que l'oxygène et l'azote.

Le modèle montre que le puissant rayonnement de Proxima Centauri draine l'atmosphère semblable à la Terre jusqu'à 10, 000 fois plus rapide que ce qui se passe sur Terre.

"C'était un calcul simple basé sur l'activité moyenne de la star hôte, " Garcia-Sage a déclaré. " Il ne prend pas en compte les variations telles que le chauffage extrême dans l'atmosphère de l'étoile ou les perturbations stellaires violentes du champ magnétique de l'exoplanète - des choses que nous attendions de fournir encore plus de rayonnement ionisant et d'échappement atmosphérique. "

Pour comprendre comment le processus peut varier, les scientifiques ont examiné deux autres facteurs qui exacerbent les pertes atmosphériques. D'abord, ils ont considéré la température de l'atmosphère neutre, appelé la thermosphère. Ils ont trouvé que la thermosphère chauffe avec plus de rayonnement stellaire, l'échappement atmosphérique augmente.

Les scientifiques ont également pris en compte la taille de la région sur laquelle l'échappement atmosphérique se produit, appelé la calotte polaire. Les planètes sont les plus sensibles aux effets magnétiques à leurs pôles magnétiques. Lorsque les lignes de champ magnétique aux pôles sont fermées, la calotte polaire est limitée et les particules chargées restent piégées près de la planète. D'autre part, une plus grande fuite se produit lorsque les lignes de champ magnétique sont ouvertes, fournissant un itinéraire à sens unique vers l'espace.

"Cette étude porte sur un aspect sous-estimé de l'habitabilité, qui est la perte atmosphérique dans le contexte de la physique stellaire, " a déclaré Shawn Domagal-Goldman, un scientifique de l'espace Goddard non impliqué dans l'étude. "Les planètes ont beaucoup de systèmes d'interaction différents, et il est important de s'assurer que nous incluons ces interactions dans nos modèles."

Les scientifiques montrent qu'avec les températures les plus élevées de la thermosphère et un champ magnétique complètement ouvert, Proxima b pourrait perdre une quantité égale à l'intégralité de l'atmosphère terrestre en 100 millions d'années – ce n'est qu'une fraction des 4 milliards d'années de Proxima b jusqu'à présent. Lorsque les scientifiques ont supposé les températures les plus basses et un champ magnétique fermé, cette masse s'échappe en 2 milliards d'années.

"Les choses peuvent devenir intéressantes si une exoplanète s'accroche à son atmosphère, mais les taux de perte atmosphérique de Proxima b ici sont si élevés que l'habitabilité est invraisemblable, " a déclaré Jeremy Drake, astrophysicien au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et co-auteur de l'étude. "Cela remet en question l'habitabilité des planètes autour de telles naines rouges en général."

Les naines rouges comme Proxima Centauri ou l'étoile TRAPPIST-1 sont souvent la cible de chasses aux exoplanètes, parce qu'ils sont les plus cool, étoiles les plus petites et les plus communes de la galaxie. Parce qu'ils sont plus froids et plus sombres, les planètes doivent maintenir des orbites étroites pour que l'eau liquide soit présente.

Mais à moins que la perte atmosphérique ne soit contrecarrée par un autre processus, comme une activité volcanique massive ou un bombardement de comètes, cette proximité, les scientifiques trouvent plus souvent, n'est pas prometteur pour la survie ou la durabilité d'une atmosphère.