Lorsque les télescopes sont devenus assez puissants pour trouver des planètes en orbite autour d'étoiles lointaines, les scientifiques ont été surpris de voir que beaucoup d'entre eux n'avaient pas d'atmosphères comme celle de la Terre. Au lieu, ils semblent avoir d'épaisses couvertures d'hydrogène.

Dans une nouvelle étude, deux scientifiques de l'Université de Chicago ont étudié l'évolution de l'atmosphère de ces planètes, et la probabilité que de telles planètes acquièrent jamais une atmosphère plus semblable à la nôtre. En modélisant des milliers de planètes simulées, ils ont estimé qu'il serait très rare qu'une planète qui a commencé avec une atmosphère d'hydrogène évolue vers une atmosphère semblable à celle de la Terre - et que de telles planètes finissent souvent par perdre complètement leur atmosphère.

Publié le 21 juillet dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , les résultats approfondissent notre compréhension de la formation et de la croissance des atmosphères planétaires, et peut aider les astronomes à identifier les meilleurs endroits pour rechercher des planètes avec des atmosphères semblables à celles de la Terre.

"La zone habitable des planètes est sur une ligne - un rivage cosmique entre trop et trop peu d'atmosphère, " a déclaré le professeur adjoint Edwin Kite, premier auteur de l'étude et expert de l'histoire de Mars et des climats d'autres mondes. "Y a-t-il beaucoup de planètes assises le long de ce rivage, ou sont-ils rares ? C'est une grande question en science planétaire en ce moment."

"Nous savons très peu de choses sur les atmosphères des exoplanètes rocheuses, " a déclaré Megan Barnett, un étudiant diplômé et deuxième auteur de l'article. "Les planètes que nous examinons dans cette étude sont trop proches de leurs étoiles pour héberger la vie, mais les étudier nous aide à comprendre les processus globaux qui créent ou détruisent les atmosphères."

Par exemple, les scientifiques savent que de nombreuses planètes rocheuses se forment avec des atmosphères d'hydrogène, mais ce qui se passe après cette formation initiale est beaucoup moins clair. Est-ce qu'ils gardent cette atmosphère, transition vers un autre type d'atmosphère, ou le perdre complètement ?

Kite et Barnett ont pris les informations que nous connaissons, et l'ont introduit dans un programme pour exécuter des simulations avec des planètes de différentes tailles et avec différents types d'atmosphères. Ensuite, ils ont posé différents scénarios et observé ce qui arriverait aux atmosphères si, dire, la luminosité de l'étoile voisine change, changer la quantité de rayonnement reçu par la planète; ou l'étoile s'assombrit et la roche de la planète se refroidit; ou des volcans éclatent à la surface.

Leurs résultats suggèrent que si une planète commence avec une atmosphère riche en hydrogène, il existe très peu de combinaisons de conditions dans lesquelles il pourrait éventuellement se transformer en une atmosphère semblable à la Terre. "Cela ne se produit vraiment pas dans notre modèle, " a déclaré Kite. " De loin le résultat le plus courant est qu'il perd son atmosphère et reste un rocher nu pour toujours. "

Dans une poignée de cas, cependant, une planète un peu plus grande que la taille de la Terre a réussi à acquérir et à conserver une atmosphère semblable à la Terre en ayant beaucoup d'éruptions volcaniques qui déversent des gaz.

Kite et Barnett ont également découvert qu'une planète qui a commencé avec une atmosphère initiale semblable à la Terre était plus susceptible de la conserver.

Les résultats, les scientifiques ont dit, aidera à guider les recherches de planètes habitables par de nouveaux télescopes tels que le télescope spatial James Webb, lancement prévu l'année prochaine.

« D'après nos découvertes, il semble que si nous voulons trouver des exoplanètes chaudes avec des atmosphères semblables à la Terre, nous devrions cibler des mondes qui ont commencé sans atmosphères d'hydrogène, qui orbitent des étoiles moins actives, ou sont anormalement grands, " dit Kite.