En regardant vers l'avenir, La NASA et d'autres agences spatiales fondent de grands espoirs sur le domaine de la recherche sur les planètes extrasolaires. Dans la dernière décennie, le nombre d'exoplanètes connues a atteint un peu moins de 4000, et beaucoup d'autres devraient être trouvés une fois que les télescopes de nouvelle génération seront mis en service. Et avec tant d'exoplanètes à étudier, les objectifs de la recherche se sont lentement déplacés du processus de découverte vers la caractérisation.

Malheureusement, les scientifiques sont toujours en proie au fait que ce que nous considérons comme une "zone habitable" est soumis à de nombreuses hypothèses. En abordant cela, une équipe internationale de chercheurs a récemment publié un article dans lequel ils indiquaient comment les futurs relevés d'exoplanètes pourraient regarder au-delà des exemples analogiques terrestres en tant qu'indications d'habitabilité, et adopter une approche plus globale.

Le papier, intitulé "Les prédictions de la zone habitable et comment les tester, " est récemment apparu en ligne et a été soumis en tant que livre blanc à l'enquête décennale Astro 2020 sur l'astronomie et l'astrophysique. L'équipe derrière elle était dirigée par Ramses M. Ramirez, chercheur au Earth-Life Science Institute (ELSI) et au Space Science Institute (SSI), qui a été rejoint par des co-auteurs et cosignataires de 23 universités et institutions.

L'objectif de l'enquête décennale est d'examiner les progrès antérieurs dans divers domaines de recherche et de définir les priorités pour la décennie à venir. En tant que tel, l'enquête fournit des orientations cruciales à la NASA, la National Space Foundation (NSF), et le ministère de l'Énergie alors qu'ils planifient leurs objectifs de recherche en astronomie et en astrophysique pour l'avenir.

Maintenant, beaucoup de ces objectifs se concentrent sur l'étude des exoplanètes, qui bénéficiera dans les années à venir du déploiement de télescopes de nouvelle génération comme le James Webb Space Telescope (JWST) et le Wide-Field Infrared Space Telescope (WFIRST), ainsi que des observatoires au sol comme l'Extremely Large Telescope (ELT), le télescope de trente mètres, et le télescope géant de Magellan (GMT).

L'une des priorités absolues de la recherche sur les exoplanètes est de rechercher des planètes où la vie extraterrestre pourrait exister. A cet égard, les scientifiques désignent les planètes comme étant "potentiellement habitables" (et donc dignes d'observations de suivi) selon qu'elles orbitent ou non dans les zones habitables (HZ) de leurs étoiles. Pour cette raison, il est prudent d'examiner ce qui entre dans la définition d'une ZS.

Comme Ramirez et ses collègues l'ont indiqué dans leur document, l'un des problèmes majeurs de l'habitabilité des exoplanètes est le nombre d'hypothèses formulées. Pour le décomposer, la plupart des définitions des ZS supposent la présence d'eau à la surface puisqu'il s'agit du seul solvant actuellement connu pour héberger la vie. Ces mêmes définitions supposent que la vie nécessite une planète rocheuse avec une activité tectonique en orbite autour d'une étoile suffisamment brillante et chaude.

Cependant, des recherches récentes ont jeté le doute sur bon nombre de ces hypothèses. Cela inclut des études qui indiquent que l'oxygène atmosphérique ne signifie pas automatiquement la présence de vie - surtout si cet oxygène est le résultat d'une dissociation chimique et non de la photosynthèse. D'autres recherches ont montré que la présence d'oxygène gazeux pendant les premières périodes de l'évolution d'une planète pourrait empêcher l'apparition de formes de vie basiques.

Aussi, il y a eu des études récentes montrant que la tectonique des plaques peut ne pas être nécessaire à l'émergence de la vie, et que les soi-disant « mondes aquatiques » peuvent ne pas être en mesure de soutenir la vie (mais le pourraient toujours). En plus de tout ça, vous avez des travaux théoriques qui suggèrent que la vie pourrait évoluer dans des mers de méthane ou d'ammoniac sur d'autres corps célestes.

L'exemple clé ici est la lune Titan de Saturne, qui bénéficie d'un environnement riche en conditions prébiotiques et en chimie organique, qui, selon certains scientifiques, pourraient soutenir des formes de vie exotiques. À la fin, les scientifiques recherchent des biomarqueurs connus comme l'eau et le dioxyde de carbone, car ils sont associés à la vie sur Terre, le seul exemple connu d'une planète porteuse de vie.

Mais comme Ramirez l'a expliqué à Universe Today par e-mail, cet état d'esprit (où les analogues de la Terre sont considérés comme adaptés à la vie) est toujours semé d'embûches :

"La définition classique de la zone habitable est erronée car sa construction est principalement basée sur des arguments climatologiques centrés sur la Terre qui peuvent ou non être applicables à d'autres planètes potentiellement habitables. Par exemple, il suppose que des atmosphères de CO2 à plusieurs barres peuvent être supportées sur des planètes potentiellement habitables près du bord extérieur de la zone habitable. Cependant, des niveaux aussi élevés de CO2 sont toxiques pour les plantes et les animaux de la Terre, et donc sans une meilleure compréhension des limites de la vie, nous ne savons pas à quel point cette hypothèse est raisonnable.

"Le HZ classique suppose également que le CO2 et le H2O sont les principaux gaz à effet de serre soutenant les planètes potentiellement habitables, mais plusieurs études ces dernières années ont développé des définitions alternatives de la ZS en utilisant différentes combinaisons de gaz à effet de serre, y compris ceux qui, bien que relativement mineur sur Terre, pourrait être important pour d'autres planètes potentiellement habitables."

Dans une étude précédente, Le Dr Ramirez a montré que la présence de méthane et d'hydrogène gazeux pouvait également provoquer une alerte mondiale, et ainsi étendre quelque peu la HZ classique. Cela s'est produit juste un an après que lui et Lisa Kaltenegger (professeur agrégé à l'Institut Carl Sagan de l'Université Cornell) aient produit une étude montrant que l'activité volcanique (qui libère de l'hydrogène gazeux dans l'atmosphère) pourrait également étendre la HZ d'une étoile.

Heureusement, les chercheurs auront l'occasion de tester ces définitions, grâce au déploiement de télescopes de nouvelle génération. Non seulement les scientifiques pourront tester certaines des hypothèses de longue date sur lesquelles les ZS sont basées, ils pourront comparer différentes interprétations. Selon le Dr Ramirez, un bon exemple est fourni par les niveaux de gaz CO2 qui dépendent de la distance d'une planète à son étoile :

"Les télescopes de nouvelle génération pourraient tester la zone habitable en recherchant une augmentation prévue de la pression atmosphérique de CO2 plus les planètes potentiellement habitables sont éloignées de leurs étoiles. Cela permettrait également de tester si le cycle carbonate-silicate, c'est ce que beaucoup pensent avoir gardé notre planète habitable pendant une grande partie de son histoire, est un processus universel ou non."

Dans ce processus, les roches silicatées sont converties en roches carbonées par l'altération et l'érosion, tandis que les roches carbonées sont converties en roches silicatées par l'activité volcanique et géologique. Ce cycle assure la stabilité à long terme de l'atmosphère terrestre en maintenant des niveaux de CO2 constants dans le temps. Il illustre également que la tectonique de l'eau et des plaques est essentielle à la vie telle que nous la connaissons.

Cependant, ce type de cycle ne peut exister que sur des planètes qui ont des terres, ce qui exclut effectivement les "mondes de l'eau". On pense que ces exoplanètes – qui peuvent être communes autour des étoiles de type M (naines rouges) – contiennent jusqu'à 50 % d'eau en masse. Avec cette quantité d'eau sur leurs surfaces, les "mondes aquatiques" sont susceptibles d'avoir des couches denses de glace à leur limite noyau-manteau, empêchant ainsi l'activité hydrothermale.

Mais comme déjà noté, certaines recherches indiquent que ces planètes pourraient encore être habitables. Alors que l'abondance de l'eau empêcherait l'absorption du dioxyde de carbone par les roches et supprimerait l'activité volcanique, des simulations ont montré que ces planètes pouvaient encore faire circuler le carbone entre l'atmosphère et l'océan, gardant ainsi le climat stable.

Si ces types de mondes océaniques existent, dit le Dr Ramirez, les scientifiques pourraient les détecter grâce à leur densité planétaire inférieure et à leur atmosphère à haute pression. Et puis il y a la question des divers gaz à effet de serre, qui ne sont pas toujours une indication d'atmosphères planétaires plus chaudes, selon le type d'étoile.

"Bien que le méthane réchauffe notre planète, nous avons découvert que le méthane refroidit en fait les surfaces des planètes de la zone habitable en orbite autour d'étoiles naines rouges, " dit-il. " Si c'est le cas, des quantités élevées de méthane atmosphérique sur de telles planètes pourraient signifier des conditions gelées qui ne sont peut-être pas propices à l'hébergement de la vie. Nous pourrons observer cela dans les spectres planétaires."

En parlant de naines rouges, le débat fait rage pour savoir si les planètes qui orbitent autour de ces étoiles seraient capables de maintenir une atmosphère. Au cours des dernières années, de multiples découvertes ont suggéré que les roches, les planètes verrouillées par les marées sont courantes autour des étoiles naines rouges, et qu'ils orbitent dans les ZS respectives de leurs étoiles.

Cependant, des recherches ultérieures ont renforcé la théorie selon laquelle l'instabilité des étoiles naines rouges entraînerait probablement des éruptions solaires qui détruiraient l'atmosphère de toutes les planètes en orbite autour d'elles. Dernièrement, Ramirez et ses collègues soulèvent la possibilité que des planètes habitables puissent être trouvées en orbite autour d'étoiles de type A de la séquence principale, qui ont jusqu'à récemment été considérés comme des candidats improbables. Les étoiles de type A de la séquence principale Sirius A, Altaïr, et Vega étaient considérés comme trop lumineux et trop chauds pour être habitables.

Ramirez dit, "Je suis également intéressé à savoir si la vie existe sur les planètes de la zone habitable en orbite autour des étoiles A. Il n'y a pas eu beaucoup d'évaluations publiées de l'habitabilité planétaire des étoiles A, mais certaines architectures de nouvelle génération prévoient de les observer. Nous en saurons bientôt plus sur l'adéquation des A-stars à la vie."

Finalement, des études comme celle-ci, qui remettent en cause la définition de la « zone habitable, " sera utile lorsque les missions de nouvelle génération commenceront les opérations scientifiques. Avec une résolution plus élevée, instruments plus sensibles, ils seront en mesure de tester et de valider bon nombre des prédictions qui ont été faites par les scientifiques.

Ces tests confirmeront également si oui ou non la vie pourrait exister là-bas seulement telle que nous la connaissons, ou encore au-delà des paramètres que nous considérons comme « terrestres ». Ramirez dit que l'étude que lui et ses collègues ont menée souligne également à quel point il est important que nous continuions à investir dans la technologie avancée des télescopes :

"Notre article souligne également l'importance d'un investissement continu dans la technologie avancée des télescopes. Nous devons être en mesure de trouver et de caractériser autant de planètes de la zone habitable que possible si nous souhaitons maximiser nos chances de trouver la vie. Cependant, J'espère également que notre article inspirera les gens à rêver au-delà des 10 prochaines années. Je crois vraiment qu'il y aura éventuellement des missions qui seront bien plus capables que tout ce que nous concevons actuellement. Nos efforts actuels ne sont que le début d'un effort beaucoup plus engagé pour notre espèce."

La réunion de l'enquête décennale 2020 est organisée conjointement par le Conseil de physique et d'astronomie et le Conseil des études spatiales de l'Académie nationale des sciences, et sera suivi d'un rapport qui sera publié dans environ deux ans.