Les ingrédients de la vie sont répandus dans tout l'univers. Alors que la Terre est le seul endroit connu dans l'univers avec de la vie, la détection de la vie au-delà de la Terre est un objectif majeur de l'astronomie moderne et de la science planétaire.

Nous sommes deux scientifiques qui étudions les exoplanètes et l'astrobiologie. Grâce en grande partie aux télescopes de nouvelle génération comme James Webb, des chercheurs comme nous pourront bientôt mesurer la composition chimique des atmosphères des planètes autour d'autres étoiles. L'espoir est qu'une ou plusieurs de ces planètes auront une signature chimique de la vie.

Exoplanètes habitables

La vie pourrait exister dans le système solaire où il y a de l'eau liquide, comme les aquifères souterrains sur Mars ou dans les océans d'Europe, la lune de Jupiter. Cependant, rechercher la vie dans ces endroits est incroyablement difficile, car ils sont difficiles à atteindre et la détection de la vie nécessiterait l'envoi d'une sonde pour retourner des échantillons physiques.

De nombreux astronomes pensent qu'il y a de fortes chances que la vie existe sur des planètes en orbite autour d'autres étoiles, et il est possible que ce soit là que la vie soit trouvée en premier.

Les calculs théoriques suggèrent qu'il y a environ 300 millions de planètes potentiellement habitables dans la seule galaxie de la Voie lactée et plusieurs planètes habitables de la taille de la Terre à seulement 30 années-lumière de la Terre - essentiellement les voisins galactiques de l'humanité. Jusqu'à présent, les astronomes ont découvert plus de 5 000 exoplanètes, dont des centaines d'exoplanètes potentiellement habitables, en utilisant des méthodes indirectes qui mesurent comment une planète affecte son étoile proche. Ces mesures peuvent donner aux astronomes des informations sur la masse et la taille d'une exoplanète, mais pas grand-chose d'autre.

Recherche de biosignatures

Pour détecter la vie sur une planète lointaine, les astrobiologistes étudieront la lumière des étoiles qui a interagi avec la surface ou l'atmosphère d'une planète. Si l'atmosphère ou la surface a été transformée par la vie, la lumière peut porter un indice, appelé "biosignature".

Pendant la première moitié de son existence, la Terre a arboré une atmosphère sans oxygène, même si elle a abrité une vie simple et unicellulaire. La biosignature de la Terre était très faible au cours de cette première ère. Cela a brusquement changé il y a 2,4 milliards d'années lorsqu'une nouvelle famille d'algues a évolué. Les algues ont utilisé un processus de photosynthèse qui produit de l'oxygène libre, de l'oxygène qui n'est lié chimiquement à aucun autre élément. Depuis lors, l'atmosphère terrestre remplie d'oxygène a laissé une biosignature forte et facilement détectable sur la lumière qui la traverse.

Lorsque la lumière rebondit sur la surface d'un matériau ou traverse un gaz, certaines longueurs d'onde de la lumière sont plus susceptibles de rester piégées dans le gaz ou la surface du matériau que d'autres. Ce piégeage sélectif des longueurs d'onde de la lumière explique pourquoi les objets sont de couleurs différentes. Les feuilles sont vertes car la chlorophylle est particulièrement efficace pour absorber la lumière dans les longueurs d'onde rouges et bleues. Lorsque la lumière frappe une feuille, les longueurs d'onde rouge et bleue sont absorbées, laissant principalement la lumière verte rebondir dans vos yeux.

Le modèle de lumière manquante est déterminé par la composition spécifique du matériau avec lequel la lumière interagit. Pour cette raison, les astronomes peuvent apprendre quelque chose sur la composition de l'atmosphère ou de la surface d'une exoplanète en mesurant essentiellement la couleur spécifique de la lumière qui provient d'une planète.

Cette méthode peut être utilisée pour reconnaître la présence de certains gaz atmosphériques associés à la vie, tels que l'oxygène ou le méthane, car ces gaz laissent des signatures très spécifiques dans la lumière. Il pourrait également être utilisé pour détecter des couleurs particulières à la surface d'une planète. Sur Terre, par exemple, la chlorophylle et d'autres pigments que les plantes et les algues utilisent pour la photosynthèse capturent des longueurs d'onde spécifiques de la lumière. Ces pigments produisent des couleurs caractéristiques qui peuvent être détectées à l'aide d'une caméra infrarouge sensible. Si vous voyiez cette couleur se refléter sur la surface d'une planète lointaine, cela signifierait potentiellement la présence de chlorophylle.

Télescopes dans l'espace et sur Terre

Il faut un télescope incroyablement puissant pour détecter ces changements subtils de la lumière provenant d'une exoplanète potentiellement habitable. Pour l'instant, le seul télescope capable d'un tel exploit est le nouveau télescope spatial James Webb. Au début des opérations scientifiques en juillet 2022, James Webb a pris une lecture du spectre de l'exoplanète géante gazeuse WASP-96b. Le spectre a montré la présence d'eau et de nuages, mais une planète aussi grande et chaude que WASP-96b est peu susceptible d'héberger la vie.

Cependant, ces premières données montrent que James Webb est capable de détecter de faibles signatures chimiques dans la lumière provenant d'exoplanètes. Dans les mois à venir, Webb est sur le point de tourner ses miroirs vers TRAPPIST-1e, une planète potentiellement habitable de la taille de la Terre, à seulement 39 années-lumière de la Terre.

Webb peut rechercher des biosignatures en étudiant les planètes lorsqu'elles passent devant leurs étoiles hôtes et en capturant la lumière des étoiles qui filtre à travers l'atmosphère de la planète. Mais Webb n'a pas été conçu pour rechercher la vie, de sorte que le télescope ne peut scruter que quelques-uns des mondes potentiellement habitables les plus proches. Il ne peut également détecter que les changements des niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone, de méthane et de vapeur d'eau. Alors que certaines combinaisons de ces gaz peuvent suggérer la vie, Webb n'est pas capable de détecter la présence d'oxygène non lié, qui est le signal le plus fort pour la vie.

Les principaux concepts de futurs télescopes spatiaux, encore plus puissants, incluent des plans visant à bloquer la lumière brillante de l'étoile hôte d'une planète pour révéler la lumière des étoiles réfléchie par la planète. Cette idée est similaire à l'utilisation de votre main pour bloquer la lumière du soleil afin de mieux voir quelque chose au loin. Les futurs télescopes spatiaux pourraient utiliser de petits masques internes ou de grands engins spatiaux externes en forme de parapluie pour ce faire. Une fois que la lumière des étoiles est bloquée, il devient beaucoup plus facile d'étudier la lumière qui rebondit sur une planète.

Il existe également trois énormes télescopes au sol actuellement en construction qui pourront rechercher des biosignatures :le télescope géant de Magellen, le télescope de trente mètres et le télescope européen extrêmement grand. Chacun est bien plus puissant que les télescopes existants sur Terre, et malgré le handicap de l'atmosphère terrestre déformant la lumière des étoiles, ces télescopes pourraient être capables de sonder les atmosphères des mondes les plus proches à la recherche d'oxygène.

Est-ce la biologie ou la géologie ?

Même en utilisant les télescopes les plus puissants des décennies à venir, les astrobiologistes ne pourront détecter que de fortes biosignatures produites par des mondes complètement transformés par la vie.

Malheureusement, la plupart des gaz libérés par la vie terrestre peuvent également être produits par des processus non biologiques - les vaches et les volcans libèrent tous deux du méthane. La photosynthèse produit de l'oxygène, mais la lumière du soleil aussi, lorsqu'elle divise les molécules d'eau en oxygène et en hydrogène. Il y a de fortes chances que les astronomes détectent des faux positifs lorsqu'ils recherchent une vie lointaine. Pour aider à éliminer les faux positifs, les astronomes devront comprendre suffisamment bien une planète d'intérêt pour comprendre si ses processus géologiques ou atmosphériques pourraient imiter une biosignature.

La prochaine génération d'études sur les exoplanètes a le potentiel de passer la barre des preuves extraordinaires nécessaires pour prouver l'existence de la vie. La première publication de données du télescope spatial James Webb nous donne une idée des progrès passionnants à venir. + Explorer plus loin

Webb révèle en détail l'atmosphère torride d'une planète lointaine

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article d'origine.