Certaines exoplanètes brillent plus que d'autres dans leur quête de vie au-delà du système solaire. De nouvelles recherches de la NASA proposent une nouvelle approche pour détecter les atmosphères des exoplanètes. Il profite des fréquentes tempêtes stellaires - qui projettent d'énormes nuages ​​de matière stellaire et de rayonnement dans l'espace - du froid, de jeunes étoiles naines pour mettre en évidence des signes d'exoplanètes habitables.

Traditionnellement, les chercheurs ont recherché des biosignatures potentielles comme moyens d'identifier les mondes habités :des sous-produits de la vie telle que nous la connaissons, tels que l'oxygène ou le méthane qui, au fil du temps, s'accumulent dans l'atmosphère en quantités détectables. Mais avec la technologie actuelle, selon Vladimir Airapetian, auteur principal d'un Rapports scientifiques étude publiée le 2 novembre, 2017, l'identification de ces gaz sur des exoplanètes terrestres lointaines prend du temps, nécessitant des jours d'observation. La nouvelle étude suggère plutôt de rechercher des signatures plus grossières de mondes potentiellement habitables, qui serait plus facile à détecter avec les ressources actuelles en moins de temps.

"Nous sommes à la recherche de molécules formées à partir de conditions préalables fondamentales à la vie, en particulier l'azote moléculaire, qui représente 78 pour cent de notre atmosphère, " dit Airapetian, qui est un scientifique solaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et à l'Université américaine de Washington, D.C. "Ce sont des molécules de base qui sont biologiquement amicales et ont un fort pouvoir d'émission infrarouge, augmentant nos chances de les détecter."

La vie actuelle sur Terre dit à Airapetian et à son équipe de chercheurs qu'ils devraient rechercher des atmosphères riches en vapeur d'eau et en azote, et de l'oxygène, le produit de la vie. L'oxygène et l'azote flottent de manière stable sous leur forme moléculaire, c'est-à-dire deux atomes d'oxygène ou d'azote liés ensemble dans une molécule. Mais à proximité d'une étoile naine active, les conditions météorologiques extrêmes de l'espace déclenchent des réactions chimiques distinctes, que les chercheurs peuvent utiliser comme indicateurs de la composition atmosphérique.

Les étoiles comme notre Soleil sont turbulentes pendant leur adolescence et produisent fréquemment de puissantes éruptions qui projettent des particules stellaires devant elles à des vitesses proches de la lumière. Contrairement à notre Soleil, certaines étoiles jaunes et la plupart des étoiles oranges - qui sont un peu plus froides que le Soleil - pourraient continuer à produire ces fortes tempêtes stellaires pendant des milliards d'années, générant de fréquents essaims de particules de haute énergie.

Lorsque ces particules atteignent une exoplanète, ils inondent son atmosphère d'assez d'énergie pour briser l'azote moléculaire et l'oxygène en atomes individuels, et les molécules d'eau en hydroxyle - un atome chacun d'oxygène et d'hydrogène, liés ensemble. De là, les atomes réactifs d'azote et d'oxygène déclenchent une cascade de réactions chimiques qui produisent finalement ce que les scientifiques appellent des balises atmosphériques :hydroxyle, plus d'oxygène moléculaire, et l'oxyde nitrique, une molécule composée d'un atome d'azote et d'un atome d'oxygène.

Airapetian et ses collègues ont utilisé un modèle pour calculer la quantité d'oxyde nitrique et d'hydroxyle qui se formerait et la quantité d'ozone qui serait détruite dans une atmosphère semblable à la Terre autour d'une étoile active. Les scientifiques de la Terre ont utilisé ce modèle pendant des décennies pour étudier comment l'ozone - qui se forme naturellement lorsque la lumière du soleil frappe l'oxygène - dans la haute atmosphère réagit aux tempêtes solaires, mais il a trouvé une nouvelle application dans cette étude; La Terre est, après tout, la meilleure étude de cas disponible dans la recherche de la vie.

A l'aide d'une simulation informatique, les chercheurs ont exposé l'atmosphère modèle à la météo spatiale qu'ils attendraient d'un étoile active. Ils ont découvert que l'ozone tombe au minimum et alimente la production de balises atmosphériques.

Pour les chercheurs, ces réactions chimiques sont très utiles. Quand la lumière des étoiles frappe l'atmosphère, les liaisons de type ressort au sein des molécules balises absorbent l'énergie et vibrent, renvoyer cette énergie dans l'espace sous forme de chaleur, ou rayonnement infrarouge. Les scientifiques savent quels gaz émettent des rayonnements à des longueurs d'onde particulières de la lumière, donc en regardant tout le rayonnement provenant de l'atmosphère, il est possible d'avoir une idée de ce qu'il y a dans l'atmosphère elle-même.

La formation d'une quantité détectable de ces balises nécessite une grande quantité d'oxygène moléculaire et d'azote. Donc, s'ils sont détectés, ces composés pourraient indiquer une atmosphère remplie de chimie biologiquement amicale, ainsi que la pression atmosphérique semblable à la Terre - et donc la possibilité d'un monde habitable, une aiguille dans une vaste botte de foin d'exoplanètes.

Cette approche vise également à éliminer les exoplanètes sans champ magnétique semblable à la Terre. "Une planète a besoin d'un champ magnétique, qui protège l'atmosphère et protège la planète des tempêtes stellaires et des radiations, " dit Airapetian. " Si les vents stellaires ne sont pas si extrêmes qu'ils compriment le champ magnétique d'une exoplanète près de sa surface, le champ magnétique empêche la fuite atmosphérique, il y a donc plus de particules dans l'atmosphère et un signal infrarouge résultant plus fort."

Airapetian et ses collègues ont utilisé les données de la mission d'étude de la Terre TIMED de la NASA - abréviation de Thermosphere Ionosphere Mesophere Energetics Dynamics - pour simuler comment les observations infrarouges de ces balises pourraient apparaître. Les données proviennent de l'instrument de spectroscopie de TIMED appelé SABRE - abréviation de Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry - qui étudie la même chimie qui génère les balises atmosphériques, tel qu'il se produit dans la haute atmosphère terrestre en réponse à l'activité solaire.

"En prenant ce que nous savons du rayonnement infrarouge émis par l'atmosphère terrestre, l'idée est de regarder les exoplanètes et de voir quel type de signaux nous pouvons détecter, " a déclaré Martin Mlynczak, co-auteur de l'article et chercheur principal associé de SABRE au Langley Research Center de la NASA à Hampton, Virginie. "Si nous trouvons des signaux d'exoplanètes dans presque la même proportion que la Terre, on pourrait dire que la planète est une bonne candidate pour héberger la vie."

Les données SABRE ont montré que la fréquence des tempêtes stellaires intenses est directement liée à la force des signaux de chaleur des balises atmosphériques. Avec plus d'orages, plus de molécules balises sont générées et le signal infrarouge serait suffisamment fort, les scientifiques estiment, à observer depuis des exoplanètes proches avec un télescope spatial de six à 10 mètres en seulement deux heures d'observation.

"C'est une nouvelle façon passionnante de chercher la vie, " a déclaré Shawn Domagal-Goldman, un astrobiologiste Goddard non lié à l'étude. "Mais comme pour tous les signes de vie, la communauté des exoplanètes doit réfléchir sérieusement au contexte. Comment les processus non biologiques pourraient-ils imiter cette signature ? »

Avec le bon type d'étoile, ce travail pourrait conduire à de nouvelles stratégies dans la recherche de la vie qui identifient non seulement des planètes potentiellement habitables, mais les systèmes planétaires, car la façon dont l'atmosphère d'une planète interagit avec son étoile mère a également un effet clé sur son habitabilité. Si des signaux prometteurs sont détectés, les chercheurs peuvent coordonner les observations avec un futur observatoire spatial tel que le télescope spatial James Webb de la NASA, augmentant la probabilité de découvrir un tel système potentiel.

« De nouvelles connaissances sur le potentiel de vie sur les exoplanètes dépendent de manière critique de la recherche interdisciplinaire dans laquelle les données, les modèles et les techniques sont utilisés par les quatre divisions scientifiques de la NASA Goddard :héliophysique, astrophysique, sciences de la planète et de la Terre, " L'astrophysicien principal et co-auteur de Goddard, William Danchi, a déclaré. " Ce mélange produit de nouvelles voies uniques et puissantes pour la recherche sur les exoplanètes. "