Proxima Centauri, une étoile naine rouge et l'étoile connue la plus proche de la Terre, est en orbite autour d'une planète rocheuse qui a le potentiel de contenir de l'eau liquide (représentation de l'artiste). Crédit :NASA, ESA, G. Bacon (STScI)
Les détecteurs de monoxyde de carbone dans nos maisons avertissent d'une accumulation dangereuse de cet incolore, gaz inodore que nous associons normalement à la mort. Astronomes, trop, ont généralement supposé qu'une accumulation de monoxyde de carbone dans l'atmosphère d'une planète serait un signe certain d'absence de vie. Maintenant, une équipe de recherche dirigée par l'UC Riverside soutient le contraire :les détecteurs de monoxyde de carbone céleste peuvent en fait nous alerter sur un monde lointain regorgeant de formes de vie simples.
"Avec le lancement du télescope spatial James Webb dans deux ans, les astronomes pourront analyser les atmosphères de certaines exoplanètes rocheuses, " dit Edward Schwieterman, l'auteur principal de l'étude et un boursier du programme postdoctoral de la NASA au Département des sciences de la Terre de l'UCR. "Ce serait dommage de négliger un monde habité car nous n'avons pas envisagé toutes les possibilités."
Dans une étude publiée aujourd'hui dans The Journal d'astrophysique , L'équipe de Schwieterman a utilisé des modèles informatiques de la chimie dans la biosphère et l'atmosphère pour identifier deux scénarios intrigants dans lesquels le monoxyde de carbone s'accumule facilement dans l'atmosphère des planètes vivantes.
Dans le premier scénario, l'équipe a trouvé des réponses dans le passé profond de notre propre planète. Sur le moderne, Terre riche en oxygène, le monoxyde de carbone ne peut pas s'accumuler car le gaz est rapidement détruit par des réactions chimiques dans l'atmosphère. Mais il y a trois milliards d'années, le monde était un endroit très différent. Les océans regorgeaient déjà de vie microbienne, mais l'atmosphère était presque dépourvue d'oxygène et le soleil était beaucoup plus faible.
Les modèles de l'équipe révèlent que cette ancienne version de la Terre habitée pourrait maintenir des niveaux de monoxyde de carbone d'environ 100 parties par million (ppm), plusieurs ordres de grandeur supérieurs aux traces de gaz par milliard dans l'atmosphère aujourd'hui.
Le monoxyde de carbone est une caractéristique importante dans les spectres de transmission simulés pour les riches en oxygène, atmosphères terrestres modernes dans la zone habitable d'une étoile naine rouge comme Proxima Centauri. Crédit :Schwieterman et al . 2019
"Cela signifie que nous pourrions nous attendre à des abondances élevées de monoxyde de carbone dans les atmosphères d'exoplanètes habitées mais pauvres en oxygène en orbite autour d'étoiles comme notre propre soleil, " dit Timothée Lyons, l'un des co-auteurs de l'étude, professeur de biogéochimie au Département des sciences de la Terre de l'UCR, et directeur de l'UCR Alternative Earths Astrobiology Center. "C'est un exemple parfait de la mission de notre équipe d'utiliser le passé de la Terre comme guide dans la recherche de la vie ailleurs dans l'univers."
Un deuxième scénario est encore plus favorable à l'accumulation de monoxyde de carbone :la photochimie autour des étoiles naines rouges comme Proxima Centauri, l'étoile la plus proche de notre soleil à 4,2 années-lumière. Les modèles de l'équipe prédisent que si une planète autour d'une telle étoile était habitée et riche en oxygène, alors nous devrions nous attendre à ce que l'abondance de monoxyde de carbone soit extrêmement élevée, allant de centaines de ppm à plusieurs pour cent.
"Compte tenu du contexte astrophysique différent de ces planètes, il ne faut pas s'étonner de trouver des biosphères microbiennes favorisant des niveaux élevés de monoxyde de carbone, " a déclaré Schwieterman. " Cependant, ce ne seraient certainement pas de bons endroits pour la vie humaine ou animale telle que nous la connaissons sur Terre. »
De la taille de la Terre, des planètes rocheuses ont été découvertes en orbite dans la zone habitable de Proxima Centauri et d'autres étoiles similaires, ce qui signifie qu'ils pourraient abriter de l'eau liquide, un ingrédient essentiel à la vie. De telles planètes sont probablement des cibles pour une caractérisation plus poussée par le télescope spatial James Webb, lancement prévu en mars 2021.
L'étude actuelle est l'une des composantes d'un vaste effort visant à préparer ces futures missions en répertoriant différentes combinaisons de gaz atmosphériques qui pourraient être la preuve d'un monde habité, les gaz dits biosignatures. Certains gaz, comme le monoxyde de carbone, avait été proposé auparavant comme « antibiosignatures » – preuve qu'une planète n'est pas habitée – si elle est détectable à distance en abondance suffisante. Mais ces hypothèses ne s'appliquent que dans des cas spécifiques.
"Bien que d'autres études aient fait une modélisation photochimique des exoplanètes qui inclut le monoxyde de carbone, personne ne s'était concentré sur le monoxyde de carbone sur les exoplanètes semblables à la Terre d'une manière aussi systématique, " a déclaré Schwieterman. " Nous avons maintenant un guide pour déterminer quels niveaux de monoxyde de carbone sont compatibles avec une biosphère photosynthétique. "
