Deux astronomes de l'Université McGill ont assemblé une « empreinte digitale » pour la Terre, qui pourrait être utilisé pour identifier une planète au-delà de notre système solaire capable de supporter la vie.

Evelyn Macdonald, étudiante en physique à McGill, et son superviseur, le professeur Nicolas Cowan, ont utilisé plus d'une décennie d'observations de l'atmosphère terrestre prises par le satellite SCISAT pour construire un spectre de transit de la Terre, une sorte d'empreinte de l'atmosphère terrestre en lumière infrarouge, ce qui montre la présence de molécules clés dans la recherche de mondes habitables. Cela inclut la présence simultanée d'ozone et de méthane, que les scientifiques s'attendent à voir uniquement lorsqu'il existe une source organique de ces composés sur la planète. Une telle détection est appelée « biosignature ».

"Une poignée de chercheurs ont essayé de simuler le spectre de transit de la Terre, mais c'est le premier spectre de transit infrarouge empirique de la Terre, " dit le professeur Cowan. " C'est ce que les astronomes extraterrestres verraient s'ils observaient un transit de la Terre. "

Les résultats, publié le 28 août dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , pourrait aider les scientifiques à déterminer quel type de signal rechercher dans leur quête pour trouver des exoplanètes semblables à la Terre (planètes en orbite autour d'une étoile autre que notre Soleil). Développé par l'Agence spatiale canadienne, SCISAT a été créé pour aider les scientifiques à comprendre l'appauvrissement de la couche d'ozone de la Terre en étudiant les particules dans l'atmosphère lorsque la lumière du soleil la traverse. En général, les astronomes peuvent dire quelles molécules se trouvent dans l'atmosphère d'une planète en regardant comment la lumière des étoiles change lorsqu'elle brille à travers l'atmosphère. Les instruments doivent attendre qu'une planète passe - ou transite - au-dessus de l'étoile pour faire cette observation. Avec des télescopes suffisamment sensibles, les astronomes pourraient potentiellement identifier des molécules telles que le dioxyde de carbone, l'oxygène ou la vapeur d'eau qui pourraient indiquer si une planète est habitable ou même habitée.

Cowan expliquait la spectroscopie de transit des exoplanètes lors d'un déjeuner de groupe à l'Institut spatial McGill (MSI) lorsque le professeur Yi Huang, un scientifique de l'atmosphère et membre du MSI, a noté que la technique était similaire aux études d'occultation solaire de l'atmosphère terrestre, comme le fait le SCISAT.

Depuis la première découverte d'une exoplanète dans les années 1990, les astronomes ont confirmé l'existence de 4, 000 exoplanètes. Le Saint Graal dans ce domaine relativement nouveau de l'astronomie est de trouver des planètes qui pourraient potentiellement héberger la vie, une Terre 2.0.

Un système très prometteur qui pourrait contenir de telles planètes, appelé TRAPPIST-1, sera une cible pour le prochain télescope spatial James Webb, devrait être lancé en 2021. Macdonald et Cowan ont construit un signal simulé de ce à quoi ressemblerait l'atmosphère d'une planète semblable à la Terre à travers les yeux de ce futur télescope qui est une collaboration entre la NASA, l'Agence spatiale canadienne et l'Agence spatiale européenne.

Le système TRAPPIST-1 situé à 40 années-lumière contient sept planètes, dont trois ou quatre se trouvent dans la zone dite "habitable" où pourrait exister de l'eau liquide. Les astronomes de McGill disent que ce système pourrait être un endroit prometteur pour rechercher un signal similaire à leur empreinte digitale terrestre puisque les planètes sont en orbite autour d'une étoile naine M, un type d'étoile plus petite et plus froide que notre Soleil.

"TRAPPIST-1 est une étoile naine rouge proche, ce qui fait de ses planètes d'excellentes cibles pour la spectroscopie de transit. C'est parce que l'étoile est beaucoup plus petite que le Soleil, ses planètes sont donc relativement faciles à observer, " explique Macdonald. " De plus, ces planètes orbitent près de l'étoile, donc ils transitent tous les quelques jours. Bien sûr, même si l'une des planètes abrite la vie, nous ne nous attendons pas à ce que son atmosphère soit identique à celle de la Terre puisque l'étoile est si différente du Soleil."

Selon leur analyse, Macdonald et Cowan affirment que le télescope Webb sera suffisamment sensible pour détecter le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau à l'aide de ses instruments. Il peut même être capable de détecter la biosignature du méthane et de l'ozone si suffisamment de temps est passé à observer la planète cible.

Le professeur Cowan et ses collègues de l'Institut de recherche sur les exoplanètes de Montréal espèrent être parmi les premiers à détecter des signes de vie au-delà de notre planète natale. L'empreinte de la Terre rassemblée par Macdonald pour sa thèse de premier cycle pourrait indiquer à d'autres astronomes ce qu'il faut rechercher dans cette recherche. Elle commencera son doctorat. dans le domaine des exoplanètes à l'Université de Toronto à l'automne.

"Un spectre empirique de transit infrarouge de la Terre :fenêtres d'opacité et biosignatures, " Evelyn J. R. Macdonald et Nicolas B. Cowan, a été publié en ligne le 28 août 2019, dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .