De nouvelles recherches de la NASA aident à affiner notre compréhension des planètes candidates au-delà de notre système solaire qui pourraient soutenir la vie.

« En utilisant un modèle qui simule de manière plus réaliste les conditions atmosphériques, nous avons découvert un nouveau processus qui contrôle l'habitabilité des exoplanètes et nous guidera dans l'identification des candidats pour une étude plus approfondie, " a déclaré Yuka Fujii du Goddard Institute for Space Studies (GISS) de la NASA, New York, New York et le Earth-Life Science Institute du Tokyo Institute of Technology, Japon, auteur principal d'un article sur la recherche publié dans le Journal d'astrophysique 17 octobre.

Les modèles précédents simulaient les conditions atmosphériques le long d'une dimension, la verticale. Comme d'autres études récentes sur l'habitabilité, la nouvelle recherche a utilisé un modèle qui calcule les conditions dans les trois dimensions, permettre à l'équipe de simuler la circulation de l'atmosphère et les particularités de cette circulation, ce que les modèles unidimensionnels ne peuvent pas faire. Les nouveaux travaux aideront les astronomes à allouer un temps d'observation limité aux candidats les plus prometteurs pour l'habitabilité.

L'eau liquide est nécessaire à la vie telle que nous la connaissons, ainsi la surface d'un monde extraterrestre (par exemple une exoplanète) est considérée comme potentiellement habitable si sa température permet à l'eau liquide d'être présente pendant une durée suffisante (des milliards d'années) pour permettre à la vie de prospérer. Si l'exoplanète est trop éloignée de son étoile mère, il fera trop froid, et ses océans gèleront. Si l'exoplanète est trop proche, la lumière de l'étoile sera trop intense, et ses océans finiront par s'évaporer et se perdre dans l'espace. Cela se produit lorsque la vapeur d'eau monte jusqu'à une couche de la haute atmosphère appelée stratosphère et se décompose en ses composants élémentaires (hydrogène et oxygène) par la lumière ultraviolette de l'étoile. Les atomes d'hydrogène extrêmement légers peuvent alors s'échapper dans l'espace. On dit que les planètes en train de perdre leurs océans de cette façon sont entrées dans un état de "serre humide" à cause de leurs stratosphères humides.

Pour que la vapeur d'eau monte dans la stratosphère, les modèles précédents prédisaient que les températures de surface à long terme devaient être supérieures à tout ce qui était connu sur Terre - plus de 150 degrés Fahrenheit (66 degrés Celsius). Ces températures alimenteraient des orages convectives intenses; cependant, il s'avère que ces tempêtes ne sont pas la raison pour laquelle l'eau atteint la stratosphère pour les planètes en rotation lente entrant dans un état de serre humide.

"Nous avons trouvé un rôle important pour le type de rayonnement qu'une étoile émet et l'effet qu'elle a sur la circulation atmosphérique d'une exoplanète en rendant l'état de serre humide, " a déclaré Fujii. Pour les exoplanètes en orbite près de leurs étoiles mères, la gravité d'une étoile sera suffisamment forte pour ralentir la rotation d'une planète. Cela peut entraîner son verrouillage de marée, avec un côté toujours tourné vers l'étoile - lui donnant le jour éternel - et un côté toujours tourné vers l'extérieur - lui donnant la nuit éternelle.

Quand cela arrive, des nuages ​​épais se forment du côté diurne de la planète et agissent comme un parasol pour protéger la surface d'une grande partie de la lumière des étoiles. Bien que cela puisse garder la planète au frais et empêcher la vapeur d'eau de monter, l'équipe a découvert que la quantité de rayonnement proche infrarouge (NIR) d'une étoile pouvait fournir la chaleur nécessaire pour qu'une planète entre dans l'état de serre humide. Le NIR est un type de lumière invisible à l'œil humain. L'eau sous forme de vapeur dans l'air et les gouttelettes d'eau ou les cristaux de glace dans les nuages ​​absorbent fortement la lumière NIR, réchauffer l'air. Comme l'air se réchauffe, ça augmente, transportant l'eau dans la stratosphère où elle crée la serre humide.

Ce processus est particulièrement pertinent pour les planètes autour d'étoiles de faible masse qui sont plus froides et beaucoup plus sombres que le Soleil. Être habitable, les planètes doivent être beaucoup plus proches de ces étoiles que notre Terre ne l'est du Soleil. A si près, ces planètes subissent probablement de fortes marées de leur étoile, en les faisant tourner lentement. Aussi, plus une étoile est froide, plus il émet de NIR. Le nouveau modèle a démontré que puisque ces étoiles émettent la majeure partie de leur lumière aux longueurs d'onde NIR, un état de serre humide entraînera même des conditions comparables ou légèrement plus chaudes que les tropiques de la Terre. Pour les exoplanètes plus proches de leurs étoiles, l'équipe a découvert que le processus piloté par NIR augmentait progressivement l'humidité dans la stratosphère. Donc, c'est possible, contrairement aux prédictions des anciens modèles, qu'une exoplanète plus proche de son étoile mère pourrait rester habitable.

C'est une observation importante pour les astronomes à la recherche de mondes habitables, puisque les étoiles de faible masse sont les plus communes dans la galaxie. Leur nombre augmente les chances qu'un monde habitable se trouve parmi eux, et leur petite taille augmente les chances de détecter les signaux planétaires.

Les nouveaux travaux aideront les astronomes à sélectionner les candidats les plus prometteurs dans la recherche de planètes pouvant abriter la vie. "Tant que nous connaissons la température de l'étoile, nous pouvons estimer si les planètes proches de leurs étoiles ont le potentiel d'être dans l'état de serre humide, " a déclaré Anthony Del Genio de GISS, un co-auteur de l'article. "La technologie actuelle sera poussée à ses limites pour détecter de petites quantités de vapeur d'eau dans l'atmosphère d'une exoplanète. S'il y a suffisamment d'eau pour être détectée, cela signifie probablement que la planète est dans un état de serre humide."

Dans cette étude, les chercheurs ont supposé une planète avec une atmosphère comme la Terre, mais entièrement recouvert par les océans. These assumptions allowed the team to clearly see how changing the orbital distance and type of stellar radiation affected the amount of water vapor in the stratosphere. À l'avenir, the team plans to vary planetary characteristics such as gravity, Taille, composition atmosphérique, and surface pressure to see how they affect water vapor circulation and habitability.