La chaleur générée par l'attraction gravitationnelle des lunes formées à partir de collisions massives pourrait prolonger la durée de vie des océans d'eau liquide sous la surface des grands mondes glacés de notre système solaire externe, selon de nouvelles recherches de la NASA. Cela augmente considérablement le nombre d'endroits où la vie extraterrestre pourrait être trouvée, puisque l'eau liquide est nécessaire pour soutenir les formes de vie connues et les astronomes estiment qu'il existe des dizaines de ces mondes.

"Ces objets doivent être considérés comme des réservoirs potentiels d'eau et de vie, " a déclaré Prabal Saxena du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, auteur principal de la recherche publiée dans Icarus le 24 novembre. « Si notre étude est correcte, nous pouvons maintenant avoir plus d'endroits dans notre système solaire qui possèdent certains des éléments critiques pour la vie extraterrestre."

Ces mondes glacials se trouvent au-delà de l'orbite de Neptune et incluent Pluton et ses lunes. Ils sont connus sous le nom d'objets transneptuniens (TNO) et sont beaucoup trop froids pour avoir de l'eau liquide à leur surface, où les températures sont inférieures à 350 degrés en dessous de zéro Fahrenheit (en dessous de moins 200 Celsius). Cependant, il existe des preuves que certains peuvent avoir des couches d'eau liquide sous leurs croûtes glacées. En plus des densités apparentes similaires à d'autres corps soupçonnés d'avoir des océans souterrains, une analyse de la lumière réfléchie par certains TNO révèle des signatures de glace d'eau cristalline et d'hydrates d'ammoniac. Aux températures de surface extrêmement basses de ces objets, la glace d'eau prend une tournure désordonnée, forme amorphe au lieu des cristaux régulièrement ordonnés typiques des régions plus chaudes, comme les flocons de neige sur Terre. Aussi, le rayonnement spatial convertit la glace d'eau cristalline en une forme amorphe et décompose les hydrates d'ammoniac, on ne s'attend donc pas à ce qu'ils survivent longtemps sur les surfaces TNO. Cela suggère que les deux composés peuvent provenir d'une couche d'eau liquide intérieure qui a éclaté à la surface, un processus connu sous le nom de cryovolcanisme.

La majeure partie de la chaleur à longue durée de vie à l'intérieur des TNO provient de la désintégration des éléments radioactifs qui ont été incorporés dans ces objets au fur et à mesure de leur formation. Cette chaleur peut suffire à faire fondre une couche de la croûte glacée, générer un océan souterrain et peut-être le maintenir pendant des milliards d'années. Mais comme les éléments radioactifs se désintègrent en éléments plus stables, ils cessent de dégager de la chaleur et l'intérieur de ces objets se refroidit progressivement, et tous les océans souterrains finiront par geler. Cependant, la nouvelle recherche a révélé que l'interaction gravitationnelle avec une lune peut générer suffisamment de chaleur supplémentaire à l'intérieur d'un TNO pour prolonger considérablement la durée de vie d'un océan souterrain.

L'orbite de n'importe quelle lune évoluera dans une "danse" gravitationnelle avec son objet parent pour atteindre l'état le plus stable possible - circulaire, aligné avec l'équateur de sa mère, et avec la lune tournant à un rythme où le même côté fait toujours face à son parent. De grandes collisions entre des objets célestes peuvent générer des lunes lorsque de la matière est projetée en orbite autour de l'objet plus gros et fusionne en une ou plusieurs lunes sous sa propre gravité. Étant donné que les collisions se produisent dans une grande variété de directions et de vitesses, il est peu probable qu'ils produisent des lunes avec des orbites parfaitement stables au départ. Alors qu'une lune générée par collision s'ajuste à une orbite plus stable, l'attraction gravitationnelle mutuelle fait que les intérieurs du monde parent et de sa nouvelle lune s'étirent et se détendent à plusieurs reprises, générant une friction qui libère de la chaleur dans un processus connu sous le nom de chauffage de marée.

L'équipe a utilisé les équations pour le réchauffement des marées et calculé sa contribution au « bilan thermique » pour une grande variété de systèmes TNO-lune découverts et hypothétiques, y compris le système Eris-Dysnomia. Eris est le deuxième plus grand TNO actuellement connu après Pluton.

"Nous avons découvert que le réchauffement des marées peut être un point de basculement qui peut avoir préservé des océans d'eau liquide sous la surface de grands TNO comme Pluton et Eris jusqu'à nos jours, " a déclaré Wade Henning de la NASA Goddard et de l'Université du Maryland, Parc du Collège, un co-auteur de l'étude.

« Surtout, notre étude suggère également que le réchauffement des marées pourrait rendre les océans profondément enfouis plus accessibles aux observations futures en les rapprochant de la surface, " a déclaré Joe Renaud de l'Université George Mason, Fairfax, Virginie, un co-auteur sur le papier. "Si vous avez une couche d'eau liquide, la chaleur supplémentaire du réchauffement des marées ferait fondre la prochaine couche de glace adjacente. »

Bien que l'eau liquide soit nécessaire à la vie, ce n'est pas suffisant en soi. La vie a également besoin d'un approvisionnement en éléments constitutifs chimiques et d'une source d'énergie. Au fond de l'océan sur Terre, certains endroits géologiquement actifs ont des écosystèmes entiers qui prospèrent dans l'obscurité totale, car les bouches hydrothermales appelées "fumeurs noirs" fournissent les ingrédients nécessaires sous forme de produits chimiques riches en énergie dissous dans de l'eau surchauffée. Le réchauffement des marées ou la chaleur de la désintégration des éléments radioactifs pourraient tous deux créer de tels évents hydrothermaux, selon l'équipe.

L'équipe aimerait développer et utiliser des modèles encore plus précis de chauffage par marée et d'intérieurs de TNO pour déterminer combien de temps le chauffage par marée peut prolonger la durée de vie d'un océan d'eau liquide et comment l'orbite d'une lune évolue à mesure que le chauffage par marée dissipe de l'énergie. L'équipe aimerait également découvrir à quel moment un océan d'eau liquide se forme; s'il se forme presque immédiatement ou s'il nécessite d'abord une accumulation importante de chaleur.