Y a-t-il de la vie au-delà de la Terre dans le cosmos ? Les astronomes à la recherche de signes ont découvert que notre galaxie de la Voie lactée regorge d'exoplanètes, certains avec des conditions qui pourraient convenir à la vie extraterrestre. De tels mondes orbitent autour d'étoiles dans des "zones habitables", " des régions où les planètes pourraient contenir de l'eau liquide nécessaire à la vie telle que nous la connaissons.

Cependant, la question de l'habitabilité est très complexe. Des chercheurs dirigés par le physicien spatial Chuanfei Dong du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) et de l'Université de Princeton ont récemment soulevé des doutes sur l'eau sur les exoplanètes fréquemment citées en orbite autour des naines rouges, et donc sur leur habitabilité potentielle. les étoiles les plus communes de la Voie lactée.

Impact du vent stellaire

Dans deux articles du Lettres de revues astrophysiques , les scientifiques développent des modèles montrant que le vent stellaire - le déversement constant de particules chargées qui balayent l'espace - pourrait épuiser gravement l'atmosphère de ces planètes sur des centaines de millions d'années, les rendant incapables d'héberger la vie en surface telle que nous la connaissons.

« La définition traditionnelle et les modèles climatiques de la zone habitable ne prennent en compte que la température de surface, ", a déclaré Dong. "Mais le vent stellaire peut contribuer de manière significative à l'érosion à long terme et à la perte atmosphérique de nombreuses exoplanètes, les modèles climatiques ne racontent donc qu'une partie de l'histoire."

Pour élargir le tableau, le premier article examine l'échelle de temps de la rétention atmosphérique sur Proxima Centauri b (PCb), qui orbite autour de l'étoile la plus proche de notre système solaire, à environ 4 années-lumière. Le deuxième article se demande combien de temps les océans pourraient survivre sur des "mondes aquatiques" - des planètes dont on pense qu'elles ont des mers pouvant atteindre des centaines de kilomètres de profondeur.

Effet double

La recherche simule l'impact photochimique de la lumière des étoiles et l'érosion électromagnétique du vent stellaire sur l'atmosphère des exoplanètes. Ces effets sont doubles :les photons à la lumière des étoiles ionisent les atomes et les molécules de l'atmosphère en particules chargées, permettant à la pression et aux forces électromagnétiques du vent stellaire de les emporter dans l'espace. Ce processus pourrait provoquer des pertes atmosphériques importantes qui empêcheraient l'eau qui s'évapore des exoplanètes de retomber sur elles, laissant la surface de la planète s'assécher.

Sur Proxima Centauri b, le modèle indique qu'une pression élevée du vent stellaire ferait s'échapper l'atmosphère et empêcherait l'atmosphère de durer assez longtemps pour donner naissance à la vie à la surface telle que nous la connaissons. "L'évolution de la vie prend des milliards d'années, " a noté Dong. "Nos résultats indiquent que le PCB et les exoplanètes similaires ne sont généralement pas capables de supporter une atmosphère sur des échelles de temps suffisamment longues lorsque la pression du vent stellaire est élevée."

"Ce n'est que si la pression est suffisamment basse, " il a dit, "et si l'exoplanète a un bouclier magnétique raisonnablement fort comme celui de la magnétosphère terrestre, que l'exoplanète peut conserver une atmosphère et a le potentiel d'habitabilité."

Évolution de la zone habitable

Pour compliquer les choses, la zone habitable entourant les étoiles rouges pourrait évoluer avec le temps. Ainsi, une pression du vent stellaire élevée au début pourrait augmenter le taux d'échappement atmosphérique. Ainsi, l'atmosphère aurait pu s'éroder trop tôt, même si l'exoplanète était protégée par un champ magnétique puissant comme la magnétosphère entourant la Terre, dit Dong. "En outre, des planètes aussi proches pourraient également être verrouillées comme notre lune, avec un côté toujours exposé à l'étoile. Le faible champ magnétique global qui en résulte et le bombardement constant du vent stellaire serviraient à intensifier les pertes d'atmosphère du côté des étoiles. »

Se tournant vers les mondes aquatiques, les chercheurs ont exploré trois conditions différentes pour le vent stellaire. Ceux-ci allaient de :

• Les vents qui frappent la magnétosphère terrestre aujourd'hui.
• Anciens vents stellaires venant des jeunes, Des étoiles semblables au Soleil qui n'avaient que 0,6 milliard d'années comme un tout-petit, par rapport à l'âge de 4,6 milliards d'années du Soleil.
• L'impact sur les exoplanètes d'une tempête stellaire massive comme l'événement Carrington, qui a mis hors service le service télégraphique et produit des aurores dans le monde entier en 1859.

Les simulations ont montré que le vent stellaire ancien pourrait entraîner un taux d'échappement atmosphérique bien supérieur aux pertes produites par le vent solaire actuel qui atteint la magnétosphère de la Terre. De plus, le taux de perte pour les événements de type Carrington, que l'on pense se produire fréquemment dans les jeunes étoiles semblables au Soleil, s'est avéré plus grand encore.

"Notre analyse suggère que de tels événements météorologiques spatiaux peuvent s'avérer être un facteur clé des pertes atmosphériques pour les exoplanètes en orbite autour d'une jeune étoile active semblable au Soleil, " écrivent les auteurs.

Forte probabilité d'assèchement des océans

Compte tenu de l'activité accrue des étoiles rouges et de la proximité des planètes dans les zones habitables, ces résultats indiquent la forte probabilité de surfaces asséchées sur des planètes en orbite autour d'étoiles rouges qui auraient pu autrefois contenir des océans susceptibles de donner naissance à la vie. Les résultats pourraient également modifier la célèbre équation de Drake, qui estime le nombre de civilisations dans la Voie lactée, en abaissant l'estimation du nombre moyen de planètes par étoile pouvant abriter la vie.

Les auteurs de l'article de PCB notent que la prédiction de l'habitabilité des planètes situées à des années-lumière de la Terre est bien sûr remplie d'incertitudes. De futures missions comme le télescope spatial James Webb, que la NASA lancera en 2019 pour scruter les débuts de l'histoire de l'univers, sera donc " indispensable pour obtenir plus d'informations sur les vents stellaires et les atmosphères des exoplanètes, " disent les auteurs, « ouvrant ainsi la voie à des estimations plus précises des pertes atmosphériques induites par le vent stellaire. »

Les scientifiques repèrent régulièrement des mondes potentiellement habitables. Récemment, une planète de la taille de la Terre nouvellement découverte en orbite autour de Ross 128, une étoile naine rouge plus petite et plus froide que le soleil située à environ 11 années-lumière de la Terre, a été cité comme candidat à l'eau. Les scientifiques ont noté que l'étoile semble être au repos et bien élevée, ne pas lancer de fusées éclairantes et d'éruptions qui pourraient défaire les conditions favorables à la vie.

Collaborer avec Dong sur le papier PCB étaient des physiciens de l'Université de Harvard, le Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian, l'Université de Californie, Los Angeles, et l'Université du Massachusetts.