Les explosions violentes des étoiles naines rouges, particulièrement les plus jeunes, peuvent rendre inhabitables les planètes de leur zone dite habitable. Crédit :NASA, ESA, et D. Joueur (STScI)
Depuis le lancement du télescope spatial Kepler dans l'espace, le nombre de planètes connues au-delà du système solaire (exoplanètes) a augmenté de façon exponentielle. Maintenant, 3, 917 planètes ont été confirmées en 2, 918 systèmes d'étoiles, tandis que 3, 368 en attente de confirmation. Parmi ceux-ci, environ 50 orbites dans la zone habitable circumstellaire de leur étoile (alias la "zone Boucle d'or"), la distance à laquelle l'eau liquide peut exister à la surface d'une planète.
Cependant, des recherches récentes ont soulevé la possibilité que ce que nous considérons comme une zone habitable soit trop optimiste. Selon une nouvelle étude récemment publiée en ligne, intitulé « Une zone habitable limitée pour une vie complexe, " Les zones habitables pourraient être beaucoup plus étroites qu'on ne le pensait à l'origine. Ces découvertes pourraient avoir un impact drastique sur le nombre de planètes que les scientifiques considèrent comme "potentiellement habitables".
L'étude a été dirigée par Edward W. Schwieterman, un boursier du programme postdoctoral de la NASA à l'Université de Californie, Bord de rivière, et comprenait des chercheurs de l'équipe Alternative Earths (qui fait partie de l'Institut d'astrobiologie de la NASA), le Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), et l'Institut Goddard d'études spatiales de la NASA.
Selon les estimations précédentes basées sur les données de Kepler, les scientifiques ont conclu qu'il y aurait probablement 40 milliards de planètes semblables à la Terre dans la seule galaxie de la Voie lactée, dont 11 milliards sont susceptibles d'être en orbite autour d'étoiles comme le soleil (c'est-à-dire des naines jaunes de type G). D'autres recherches ont indiqué que ce nombre pourrait atteindre 60 milliards ou même 100 milliards, en fonction des paramètres utilisés pour définir les zones habitables.
Ces résultats sont certainement encourageants, car ils suggèrent que la Voie lactée pourrait grouiller de vie. Malheureusement, des recherches plus récentes sur les planètes extra-solaires ont jeté le doute sur ces estimations précédentes. C'est particulièrement le cas lorsqu'il s'agit de planètes bloquées par la marée qui orbitent autour d'étoiles de type M (naines rouges).
En outre, la recherche sur l'évolution de la vie sur Terre a montré que l'eau seule ne garantit pas la vie - ni, d'ailleurs, fait la présence d'oxygène gazeux. En outre, Schwieterman et ses collègues ont examiné deux autres biosignatures majeures qui sont essentielles à la vie telle que nous la connaissons :le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone.
L'exoplanète Kepler 62f aurait besoin d'une atmosphère riche en dioxyde de carbone pour que l'eau soit sous forme liquide. Crédit :NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pylé
Trop de ces composés seraient toxiques pour la vie complexe, alors que trop peu signifierait que les premiers procaryotes n'émergeraient pas. Si la vie sur Terre est une indication, les formes de vie de base sont essentielles si elles sont plus complexes, les formes de vie consommatrices d'oxygène vont évoluer. Pour cette raison, Schwieterman et ses collègues ont cherché à réviser la définition d'une zone habitable pour en tenir compte.
Être juste, calculer l'étendue d'une zone habitable n'est jamais facile. En plus de leur éloignement de leur étoile, la température de surface d'une planète dépend de divers mécanismes de rétroaction dans l'atmosphère tels que l'effet de serre. En plus de ça, la définition conventionnelle d'une zone habitable suppose l'existence de conditions "terrestres".
Cela implique une atmosphère riche en azote, oxygène, dioxyde de carbone et eau, et stabilisé par le même processus de cycle géochimique carbonate-silicate qui existe sur Terre. Dans ce processus, la sédimentation et l'altération font que les roches silicatées deviennent carbonées tandis que l'activité géologique fait que les roches carbonées redeviennent à base de silicate.
Cela conduit à une boucle de rétroaction qui garantit que les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère restent relativement stables, permettant ainsi une augmentation des températures de surface. Plus la planète est proche du bord intérieur de la zone habitable, moins il faut de dioxyde de carbone pour que cela se produise. Comme Schwieterman l'a expliqué dans un article récent du MIT Technology Review :« Mais pour les régions médianes et extérieures de la zone habitable, les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone doivent être beaucoup plus élevées pour maintenir des températures propices à l'eau liquide de surface."
Pour illustrer, l'équipe a utilisé Kepler-62f comme exemple. C'est une super-Terre qui orbite autour d'une étoile de type K (légèrement plus petite et plus sombre que le soleil) située à environ 990 années-lumière de la Terre. Cette planète orbite autour de son étoile à peu près à la même distance que Vénus le soleil, mais la masse inférieure de l'étoile signifie qu'elle se trouve sur le bord extérieur de la zone habitable.
Lors de sa découverte en 2013, cette planète était considérée comme un bon candidat pour la vie extraterrestre, en supposant la présence d'un effet de serre suffisant. Cependant, Schwieterman et ses collègues ont calculé qu'il faudrait 1, 000 fois plus de dioxyde de carbone (300 à 500 kilopascals) que ce qui existait sur Terre lorsque les formes de vie complexes évoluaient pour la première fois (il y a environ 1,85 milliard d'années).
Un schéma représentant les limites de la zone habitable (ZH), et comment les limites sont affectées par le type d'étoile. Crédit :Wikipédia Commons/Chester Harman
Cependant, cette quantité de dioxyde de carbone serait toxique pour la plupart des formes de vie complexes ici sur Terre. Par conséquent, Kepler-62f ne serait pas un candidat approprié pour la vie, même s'il faisait assez chaud pour avoir de l'eau liquide. Une fois ces contraintes physiologiques prises en compte, Schwieterman et son équipe ont conclu que la zone habitable pour la vie complexe doit être considérablement plus étroite - un quart de ce qui était précédemment estimé.
Schwieterman et ses collègues ont également calculé que certaines exoplanètes sont susceptibles d'avoir des niveaux plus élevés de monoxyde de carbone car elles orbitent autour d'étoiles froides. Cela impose une contrainte importante sur les zones habitables des étoiles naines rouges, qui représentent 75 pour cent des étoiles de l'Univers - et qui sont considérées comme l'endroit le plus probable pour trouver des planètes de nature terrestre (c'est-à-dire rocheuses).
Ces découvertes pourraient avoir des implications drastiques sur ce que les scientifiques considèrent comme potentiellement habitable, sans parler des limites de la zone habitable d'une étoile. Schwieterman a déclaré:"Une implication est que nous ne pouvons pas nous attendre à trouver des signes de vie intelligente ou de technosignatures sur des planètes en orbite autour des naines M tardives ou sur des planètes potentiellement habitables près du bord extérieur de leurs zones habitables."
Pour compliquer encore les choses, cette étude est l'une des nombreuses à imposer des contraintes supplémentaires sur ce qui pourrait être considéré comme des planètes habitables ces derniers temps. Rien qu'en 2019, des recherches ont été menées qui montrent comment les systèmes d'étoiles naines rouges peuvent ne pas avoir les matières premières nécessaires à la formation de la vie, et que les étoiles naines rouges pourraient ne pas fournir suffisamment de photons pour que la photosynthèse se produise.
Tout cela s'ajoute à la possibilité distincte que la vie dans notre galaxie soit plus rare qu'on ne le pensait auparavant. Mais bien sûr, savoir avec certitude quelles sont les limites de l'habitabilité nécessitera plus d'études. Heureusement, nous n'aurons pas à attendre trop longtemps pour le savoir, puisque plusieurs télescopes de nouvelle génération deviendront opérationnels au cours de la prochaine décennie.
Il s'agit notamment du télescope spatial James Webb (JWST), le télescope extrêmement grand (ELT) et le télescope géant de Magellan (GMT). Ces instruments et d'autres de pointe devraient permettre des études et des caractérisations beaucoup plus détaillées des exoplanètes. Et quand ils le font, nous aurons une meilleure idée de la probabilité que la vie soit là-bas.
