Vue d'artiste du lever de soleil perpétuel qui pourrait accueillir les visiteurs à la surface de la planète TRAPPIST-1f. Si la planète est bloquée par les marées, la "région terminatrice" divisant le côté nuit et le côté jour de la planète pourrait être un endroit où la vie pourrait s'installer, même si le côté jour est bombardé de protons énergétiques. Dans cette image, TRAPPIST-1e peut être vu comme un croissant en haut à gauche de l'image, d est le croissant du milieu, et c est un point brillant à côté de l'étoile. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Depuis sa découverte en 2016, les scientifiques planétaires ont été enthousiasmés par TRAPPIST-1, un système où sept planètes rocheuses de la taille de la Terre orbitent autour d'une étoile froide. Trois des planètes sont dans la zone habitable, la région de l'espace où l'eau liquide peut s'écouler à la surface des planètes. Mais deux nouvelles études menées par des scientifiques du Laboratoire lunaire et planétaire de l'Université d'Arizona pourraient amener les astronomes à redéfinir la zone habitable pour TRAPPIST-1.
Les trois planètes de la zone habitable sont probablement confrontées à un adversaire redoutable à la vie :des particules de haute énergie crachées par l'étoile. Pour la première fois, Federico Fraschetti et une équipe de scientifiques du Centre d'Astrophysique | Harvard et Smithsonian ont calculé la force avec laquelle ces particules frappent les planètes.
Pendant ce temps, Hamish Hay, un étudiant diplômé du Laboratoire Lunaire et Planétaire, a découvert que le bras de fer gravitationnel entre les planètes TRAPPIST-1 fait monter les marées à leur surface, peut-être à l'origine de l'activité volcanique ou du réchauffement des océans isolés par la glace sur des planètes qui sont autrement trop froides pour accueillir la vie.
L'article de Fraschetti et l'étude de Hay, "Marées entre les planètes TRAPPIST-1, " sont récemment publiés dans le Journal d'astrophysique .
Protons percutants
La star du système, TRAPPISTE-1A, est plus petit, moins massif et 6, 000 degrés Fahrenheit plus froid que nos 10, Soleil à 000 degrés. Il est aussi extrêmement actif, ce qui signifie qu'il émet d'énormes quantités de protons de haute énergie – les mêmes particules qui causent les aurores sur Terre.
Fraschetti et son équipe ont simulé les voyages de ces particules de haute énergie à travers le champ magnétique de l'étoile. Ils ont découvert que la quatrième planète – la plus interne des mondes à l'intérieur de la zone habitable de TRAPPIST-1 – pourrait subir un puissant bombardement de protons.
"Le flux de ces particules dans le système TRAPPIST-1 peut être jusqu'à 1 million de fois supérieur au flux de particules sur Terre, " a déclaré Fraschetti.
La taille relative des planètes TRAPPIST-1 et leurs orbites. L'ensemble du système TRAPPIST-1 pourrait tenir dans l'orbite de Mercure, avec beaucoup d'espace à revendre. La bande rouge indique les orbites où l'espace est trop chaud pour que l'eau liquide s'accumule, la bande bleue indique où l'espace est trop froid pour que l'eau soit liquide, et la bande verte indique la zone habitable. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Cela a surpris les scientifiques, même si les planètes sont beaucoup plus proches de leur étoile que la Terre ne l'est du soleil. Les particules de haute énergie sont transportées dans l'espace le long des champs magnétiques, et le champ magnétique de TRAPPIST-1A est étroitement enroulé autour de l'étoile.
"Vous vous attendez à ce que les particules soient piégées dans ces lignes de champ magnétique étroitement enveloppées, mais si vous introduisez des turbulences, ils peuvent s'échapper, se déplaçant perpendiculairement au champ stellaire moyen, " a déclaré Fraschetti.
Les éruptions à la surface de l'étoile provoquent des turbulences dans le champ magnétique, permettant aux protons de s'éloigner de l'étoile. La destination des particules dépend de l'angle du champ magnétique de l'étoile par rapport à son axe de rotation. Dans le système TRAPPIST-1, l'alignement le plus probable de ce champ amènera des protons énergétiques directement sur la face de la quatrième planète, où ils pourraient briser des molécules complexes nécessaires à la construction de la vie - ou peut-être pourraient-ils servir de catalyseurs pour la création de ces molécules.
Alors que le champ magnétique terrestre protège la majeure partie de la planète des protons énergétiques émis par notre soleil, un champ suffisamment fort pour dévier les protons de TRAPPIST-1 devrait être incroyablement fort – des centaines de fois plus puissant que celui de la Terre. Mais cela ne signifie pas nécessairement la mort pour la vie dans le système TRAPPIST-1.
Les planètes TRAPPIST-1 sont probablement bloquées par les marées, pour une chose, ce qui signifie que le même hémisphère de chaque planète fait toujours face à l'étoile, tandis que la nuit perpétuelle enveloppe l'autre.
"Peut-être que le côté nuit est encore assez chaud pour la vie, et il n'est pas bombardé par les radiations, " dit Benjamin Rackham, un associé de recherche au département d'astronomie de l'UA qui n'était impliqué dans aucune des deux études.
Les océans pourraient également protéger contre les protons destructeurs à haute énergie, car l'eau profonde pourrait absorber les particules avant qu'elles ne déchirent les éléments constitutifs de la vie. Les marées élevées dans ces océans et même dans les roches des planètes pourraient avoir d'autres implications intéressantes pour la vie.
Un concept d'artiste pour une vue du système TRAPPIST-1 de près de TRAPPIST-1f. Le système est situé dans la constellation du Verseau et se trouve à un peu moins de 40 années-lumière de la Terre. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Tirant les marées
Sur Terre, la lune soulève les marées non seulement dans les océans - les forces de marée déforment la forme sphérique du manteau et de la croûte terrestres, également. Dans le système TRAPPIST-1, les planètes sont suffisamment proches les unes des autres pour que les scientifiques émettent l'hypothèse que les mondes pourraient augmenter les marées les uns sur les autres, comme la lune fait à la Terre.
"Quand une planète ou une lune se déforme à cause des marées, la friction à l'intérieur va créer de la chaleur, " dit Hay, auteur principal de la deuxième étude.
En calculant comment la gravité des planètes de TRAPPIST-1 se tirerait et se déformerait, Hay a exploré la quantité de chaleur que les marées apportent au système.
TRAPPIST-1 est le seul système connu où les planètes peuvent élever des marées importantes les unes sur les autres parce que les mondes sont si étroitement emballés autour de leur étoile.
"C'est un processus tellement unique auquel personne n'a pensé en détail auparavant, et c'est assez étonnant que ce soit en fait une chose qui arrive, " Hay a dit. Dans le passé, les scientifiques n'avaient considéré que les marées soulevées par l'étoile.
Hay a découvert que les deux planètes internes du système sont suffisamment proches l'une de l'autre pour soulever de puissantes marées l'une sur l'autre. Il est possible que le réchauffement des marées qui s'ensuive soit suffisamment fort pour alimenter l'activité volcanique, qui peuvent à leur tour soutenir les atmosphères. Bien que les planètes les plus intimes de TRAPPIST-1 soient probablement trop chaudes de leur côté pour maintenir la vie, une atmosphère alimentée par un volcan pourrait aider à déplacer un peu de chaleur vers leur côté nuit autrement trop froid, le réchauffer suffisamment pour empêcher les êtres vivants de geler.
La sixième planète du système, appelé TRAPPIST-1g, subit un tir de marée à la fois de l'étoile et des autres planètes. C'est la seule planète du système où le réchauffement des marées dû aux autres planètes est aussi fort que celui provoqué par l'étoile centrale. Si TRAPPIST-1g est un monde océanique, comme Europe ou Encelade dans notre propre système solaire, le chauffage marémotrice pourrait garder ses eaux chaudes.
Les systèmes d'étoiles naines M comme TRAPPIST-1 offrent aux astronomes la meilleure opportunité de rechercher la vie en dehors du système solaire, et les études de Fraschetti et Hay pourraient aider les scientifiques à choisir comment explorer le système à l'avenir.
"Nous devons vraiment comprendre la pertinence de ces systèmes pour la vie, et les flux de particules énergétiques et le réchauffement des marées sont des facteurs importants pour limiter notre capacité à le faire, " dit Rackham.
