Les scientifiques devront peut-être repenser leurs estimations du nombre de planètes en dehors de notre système solaire qui pourraient abriter une riche diversité de vie.

Dans une nouvelle étude, une équipe dirigée par l'UC Riverside a découvert qu'une accumulation de gaz toxiques dans l'atmosphère de la plupart des planètes les rend impropres à la vie complexe telle que nous la connaissons.

Traditionnellement, une grande partie de la recherche de vie extraterrestre s'est concentrée sur ce que les scientifiques appellent la "zone habitable, " défini comme la plage de distances d'une étoile suffisamment chaude pour que de l'eau liquide puisse exister à la surface d'une planète. Cette description fonctionne pour les bases, microbes unicellulaires, mais pas pour les créatures complexes comme les animaux, qui incluent tout, des simples éponges aux humains.

Le travail de l'équipe, publié aujourd'hui dans Le Journal d'astrophysique , montre que la prise en compte des niveaux prévus de certains gaz toxiques réduit d'au moins la moitié la zone de sécurité pour une vie complexe et, dans certains cas, l'élimine complètement.

"C'est la première fois que les limites physiologiques de la vie sur Terre sont considérées pour prédire la distribution de la vie complexe ailleurs dans l'univers, " dit Timothée Lyons, l'un des co-auteurs de l'étude, un éminent professeur de biogéochimie au Département des sciences de la Terre et des planètes de l'UCR, et directeur de l'Alternative Earths Astrobiology Center, qui a parrainé le projet.

"Imaginez une 'zone habitable pour une vie complexe' définie comme une zone sûre où il serait plausible de soutenir des écosystèmes riches comme on en trouve sur Terre aujourd'hui, " a expliqué Lyons. " Nos résultats indiquent que des écosystèmes complexes comme le nôtre ne peuvent pas exister dans la plupart des régions de la zone habitable telle qu'elle est traditionnellement définie. "

En utilisant des modèles informatiques pour étudier le climat atmosphérique et la photochimie sur une variété de planètes, l'équipe a d'abord considéré le dioxyde de carbone. Tout plongeur sait qu'une trop grande quantité de ce gaz dans le corps peut être mortelle. Mais les planètes trop éloignées de leur étoile hôte ont besoin de dioxyde de carbone, un puissant gaz à effet de serre, pour maintenir les températures au-dessus de zéro. Terre incluse.

« Pour maintenir l'eau liquide au bord extérieur de la zone habitable conventionnelle, une planète aurait besoin de dizaines de milliers de fois plus de dioxyde de carbone que la Terre n'en a aujourd'hui, " dit Edward Schwieterman, l'auteur principal de l'étude et un boursier du programme postdoctoral de la NASA travaillant avec Lyon. "C'est bien au-delà des niveaux connus pour être toxiques pour la vie humaine et animale sur Terre."

La nouvelle étude conclut que la toxicité du dioxyde de carbone à elle seule restreint la vie animale simple à pas plus de la moitié de la zone habitable traditionnelle. Pour les humains et autres animaux d'ordre supérieur, qui sont plus sensibles, la zone de sécurité se réduit à moins d'un tiers de cette zone.

De plus, aucune zone de sécurité n'existe pour certaines étoiles, dont deux des plus proches voisins du soleil, Proxima Centauri et TRAPPIST-1. Le type et l'intensité du rayonnement ultraviolet que ces refroidisseurs, les étoiles plus faibles peuvent conduire à des concentrations élevées de monoxyde de carbone, un autre gaz mortel. Le monoxyde de carbone se lie à l'hémoglobine dans le sang animal, le composé qui transporte l'oxygène à travers le corps. Même de petites quantités peuvent provoquer la mort des cellules du corps en raison du manque d'oxygène.

Le monoxyde de carbone ne peut pas s'accumuler sur Terre parce que notre plus chaud, un soleil plus brillant entraîne des réactions chimiques dans l'atmosphère qui la détruisent rapidement. Bien que l'équipe ait conclu récemment que les biosphères microbiennes pourraient prospérer sur une planète riche en monoxyde de carbone, Schwieterman a souligné que "ce ne seraient certainement pas de bons endroits pour la vie humaine ou animale telle que nous la connaissons sur Terre".

Les scientifiques ont confirmé près de 4, 000 planètes en orbite autour d'étoiles autres que le soleil, mais aucun d'entre eux ne pourra être visité en personne. Ils sont tout simplement trop loin. Le plus proche est Proxima Centauri b, ce qui prendrait 54, 400 ans pour le vaisseau spatial actuel à atteindre. L'utilisation de télescopes pour détecter l'abondance de certains gaz dans leur atmosphère est l'un des seuls moyens d'étudier ces soi-disant exoplanètes.

"Nos découvertes fournissent un moyen de décider laquelle de ces myriades de planètes nous devrions observer plus en détail, " a déclaré Christophe Reinhard, un ancien étudiant diplômé de l'UCR maintenant professeur adjoint au Georgia Institute of Technology, co-auteur de cette étude, et co-leader de l'équipe Alternative Earths. "Nous pourrions identifier des planètes autrement habitables avec des niveaux de dioxyde de carbone ou de monoxyde de carbone qui sont probablement trop élevés pour supporter une vie complexe."

Les résultats des travaux antérieurs de l'équipe informent déjà les missions spatiales de nouvelle génération telles que l'observatoire des exoplanètes habitables proposé par la NASA. Par exemple, parce que l'oxygène est essentiel à la vie complexe sur Terre et peut être détecté à distance, l'équipe a étudié à quel point cela peut être courant dans les atmosphères de différentes planètes.

A part la Terre, aucune planète de notre système solaire n'abrite de vie qui puisse être caractérisée à distance. Si la vie existe ailleurs dans le système solaire, Schwieterman a expliqué, il est profond sous une surface rocheuse ou glacée. Donc, les exoplanètes peuvent être notre meilleur espoir de trouver des mondes habitables plus semblables au nôtre.

"Je pense que montrer à quel point notre planète est rare et spéciale ne fait que renforcer les arguments en faveur de sa protection, " a déclaré Schwieterman. " Pour autant que nous le sachions, La Terre est la seule planète de l'univers qui peut soutenir la vie humaine."