Le 9 janvier 1992, les astronomes ont annoncé une découverte capitale :deux planètes en orbite autour d'un pulsar 2, 300 années-lumière de notre soleil. Les deux planètes, plus tard nommé Poltergeist et Draugr, étaient les premières "exoplanètes" confirmées - des mondes en dehors de notre système solaire, encerclant une étoile lointaine. Les scientifiques en connaissent maintenant 3, 728 exoplanètes (confirmées) en 2, 794 systèmes, chacun mendiant la question :« Y a-t-il quelqu'un d'autre là-bas ?

« Quelle question plus importante pourrions-nous poser ? Sommes-nous seuls ? demande Michael Mendillo, professeur d'astronomie à l'université de Boston. "Je ne connais pas de question plus fascinante en science."

Depuis des décennies, les astronomes ont recherché ces lointaines exoplanètes à la recherche de signes de vie, à la recherche de la molécule la plus essentielle, l'eau. Mais Mendillo et ses collègues ont une idée différente. Dans un article publié en Astronomie de la nature le 12 février, 2018, Mendillo, professeur agrégé d'astronomie à la BU Paul Withers, et Ph.D. le candidat Paul Dalba (GRS'18) suggère plutôt de regarder l'ionosphère d'une exoplanète, la fine couche supérieure de l'atmosphère, qui siffle avec des particules chargées. Trouvez-en un comme celui de la Terre, ils disent, emballé avec des ions d'oxygène simples, et vous avez trouvé la vie. Ou, au moins, la vie telle que nous la connaissons.

« Tout au long de l'histoire de la civilisation humaine, nous n'avons jamais atteint le point - jusqu'à essentiellement les 15 dernières années - où nous pourrions voir des planètes autour d'autres étoiles. Et maintenant, nous en sommes au point où nous trouvons des idées pour découvrir la vie en dehors de la Terre, " dit John Clarke, professeur d'astronomie à l'université de Boston, et directeur du Centre de physique spatiale. « C'est une grande aventure intellectuelle dans laquelle nous sommes.

Leur travail a commencé lorsque Mendillo et Withers ont reçu une subvention de la National Science Foundation (NSF) pour comparer toutes les ionosphères planétaires du système solaire. (Toutes les planètes en ont sauf Mercure, qui est si proche du soleil que son atmosphère est entièrement dépouillé.) Simultanément, l'équipe travaillait également avec la mission MAVEN de la NASA, essayer de comprendre comment les molécules qui composaient l'ionosphère de Mars avaient échappé à cette planète. Depuis les premières années de l'ère spatiale, les scientifiques savent que les ionosphères planétaires diffèrent grandement, et l'équipe BU a commencé à se concentrer sur pourquoi c'était le cas, et pourquoi la Terre était si différente. Alors que d'autres planètes remplissent leurs ionosphères de molécules chargées complexes provenant du dioxyde de carbone ou de l'hydrogène, La Terre reste simple, avec principalement de l'oxygène remplissant l'espace. Et c'est un type spécifique d'oxygène :des atomes simples avec une charge positive.

"J'ai commencé à penser, comment se fait-il que notre ionosphère soit différente des six autres ? », se souvient Mendillo.

L'équipe a coché de nombreuses possibilités pour la forte concentration en O+ de la Terre avant de s'arrêter sur un coupable :les plantes vertes et les algues.

"C'est parce que nous avons cet oxygène atomique qui remonte à la photosynthèse, " dit Mendillo. " Nous avons des ions d'oxygène atomiques, O+, dans l'ionosphère comme conséquence directe de la vie sur la planète. Alors pourquoi ne pas voir si nous pouvons proposer un critère où l'ionosphère pourrait être un biomarqueur, pas seulement de la vie possible, mais de la vie réelle."

La plupart des planètes de notre système solaire ont de l'oxygène dans leur basse atmosphère, mais la Terre a bien plus, environ 21 pour cent. C'est parce que tant d'organismes ont été occupés à allumer la lumière, l'eau, et le dioxyde de carbone en sucre et en oxygène - le processus appelé photosynthèse - depuis 3,8 milliards d'années.

"Détruisez toutes les plantes sur Terre et l'oxygène de notre atmosphère disparaîtra dans à peine des milliers d'années, " dit Withers, qui constate que tout cet oxygène exhalé par les plantes ne reste pas qu'à la surface de la Terre. "Pour la plupart des gens, O2, l'oxygène que nous respirons, n'est pas une molécule très excitante. Aux chimistes, cependant, O2 est un sauvage, exaltant, et bête périlleuse. Il ne restera tout simplement pas immobile; il réagit chimiquement avec presque toutes les autres molécules qu'il peut trouver et il le fait très rapidement."

Sur Terre aujourd'hui, molécules d'oxygène en excès, sous forme d'O2, flotter vers le haut. Lorsque l'O2 atteint environ 150 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, la lumière ultraviolette le divise en deux. Les atomes d'oxygène simples flottent plus haut, dans l'ionosphère, où plus de lumière ultraviolette et de rayons X du soleil arrachent les électrons de leurs enveloppes externes, laissant l'oxygène chargé passer dans l'air. L'abondance d'O2 près de la surface de la Terre, si différente des autres planètes, conduit à une abondance d'O+ haut dans le ciel.

Cette trouvaille, dit Mendillo, suggère que les scientifiques à la recherche de vie extraterrestre pourraient peut-être restreindre leur zone de recherche. Paul Dalba, qui travaillait sur les atmosphères des exoplanètes avec le professeur assistant d'astronomie BU Philip Muirhead, a rejoint l'équipe pour peser. "La connaissance de Dalba des systèmes étoiles-exoplanètes a vraiment aidé, " dit Mendillo. Actuellement, la plupart des scientifiques de cette quête se concentrent sur les étoiles de classe M - les plus abondantes de la galaxie - et les planètes qui les entourent dans la "zone habitable, " où l'eau peut exister.

C'est logique, parce que la vie telle que nous la connaissons a besoin d'eau. But scientists don't know exactly how much water a planet needs to support life. "If we only had the Mediterranean, would that have been enough? Do we need the Pacific, but not the Atlantic?" asks Mendillo. "If you look at the ionosphere, you don't need to know the number. You just need to know that if the maximum electron density is associated with oxygen ions, then you've nailed it—you've got a planet where there's photosynthesis and life."

Bien sûr, this assumes that "life" is at least somewhat analogous to life on Earth, which requires not only water and oxygen, but also a certain temperature range, probably a magnetic field, et d'autres facteurs. "That's a good starting point, " says Clarke. "But in the back of our mind, we are all aware that there may be kinds of life we're not thinking about that may surprise us."

There's one other catch, at least for now:scientists don't have the tools to detect an ionosphere on any exoplanet—yet. "If you look at the space telescopes that might come next, a lot is going to be possible, " says Clarke. "I think in ten years we will have the technology to do this experiment."

Mendillo hopes his team's work makes a case for further research, development, and exploration in this area. "Just the idea of using the ionosphere as a signature is a captivating idea, " he says. "We don't have the observational capability yet, but I'm optimistic. We offer this up as a challenge."