La vie sur Terre dépend de six éléments essentiels :le carbone, l'hydrogène, l'azote, l'oxygène, le phosphore et le soufre. Ces éléments sont appelés CHNOPS et, avec plusieurs oligo-oligo-éléments et de l'eau liquide, ils constituent ce dont la vie a besoin.

Les scientifiques parviennent à détecter des exoplanètes qui pourraient être suffisamment chaudes pour avoir de l'eau liquide à leur surface, le signal le plus élémentaire de l'habitabilité. Mais maintenant, ils cherchent à améliorer leur jeu en trouvant des CHNOPS dans les atmosphères d'exoplanètes.

Nous n’en sommes qu’au début de notre compréhension de la manière dont les exoplanètes pourraient abriter la vie. Pour approfondir notre compréhension, nous devons comprendre la disponibilité du CHNOPS dans les atmosphères planétaires.

Un nouvel article publié sur arXiv Le serveur de préimpression examine le problème. Il s'intitule "Contraintes d'habitabilité dues à la disponibilité des nutriments dans les atmosphères d'exoplanètes rocheuses". L'auteur principal est Oliver Herbort du Département d'astrophysique de l'Université de Vienne et chercheur postdoctoral ARIEL. L'article a été accepté par l'International Journal of Astrobiology. .

À notre niveau technologique actuel, nous commençons tout juste à examiner les atmosphères des exoplanètes. Le JWST est notre principal outil pour cette tâche, et il est efficace dans ce domaine. Mais le JWST est occupé à d’autres tâches. En 2029, l’ESA lancera ARIEL, l’étude Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large. ARIEL se concentrera uniquement sur les atmosphères des exoplanètes.

En prévision de la mission de ce télescope, Herbort et ses co-chercheurs préparent les résultats et leur signification pour l'habitabilité. "La compréhension détaillée des planètes elles-mêmes devient importante pour l'interprétation des observations, notamment pour la détection des biosignatures", écrivent-ils. Ils examinent notamment l’idée des biosphères aériennes. "Nous visons à comprendre la présence de ces nutriments dans des atmosphères qui montrent la présence de condensats de nuages ​​d'eau, permettant potentiellement l'existence de biosphères aériennes."

Notre planète sœur Vénus a une surface insurmontable. La chaleur et la pression extrêmes rendent la surface de la planète inhabitable selon toutes les mesures que nous pouvons déterminer. Mais certains scientifiques ont proposé que la vie puisse exister dans l'atmosphère de Vénus, en se basant en grande partie sur la détection de phosphine, un indicateur possible de la vie. Ceci est un exemple de ce à quoi pourrait ressembler une biosphère aérienne.

"Ce concept de biosphères aériennes élargit les possibilités d'habitabilité potentielle, depuis la présence d'eau liquide à la surface, jusqu'à toutes les planètes dotées de nuages ​​d'eau liquide", expliquent les auteurs.

Les auteurs ont examiné l’idée des biosphères aériennes et comment la détection de CHNOPS y joue un rôle. Ils ont introduit le concept de niveaux de disponibilité des nutriments dans les atmosphères des exoplanètes. Dans leur cadre, la présence d’eau est requise quelle que soit la disponibilité des autres nutriments. "Nous considérions toute atmosphère sans condensats d'eau comme inhabitable", écrivent-ils, un clin d'œil à la primauté de l'eau. Les chercheurs ont attribué différents niveaux d'habitabilité en fonction de la présence et des quantités de nutriments CHNOPS.

Pour explorer leur cadre de disponibilité des nutriments, les chercheurs se sont tournés vers des simulations. Les atmosphères simulées contenaient différents niveaux de nutriments et les chercheurs ont appliqué leur concept de disponibilité des nutriments. Leurs résultats visent à comprendre non pas l’habitabilité mais le potentiel chimique de l’habitabilité. L'atmosphère d'une planète peut être radicalement modifiée par la vie, et cette recherche vise à comprendre le potentiel atmosphérique propice à la vie.

"Notre approche ne vise pas directement la compréhension des biosignatures et des atmosphères des planètes habitées, mais les conditions dans lesquelles la chimie prébiotique peut se produire", écrivent-ils. Dans leur travail, la concentration atmosphérique minimale pour qu'un nutriment soit disponible est de 10 ⁹ . , ou un ppb (partie par milliard.)

"Nous constatons que pour la plupart des atmosphères aux points (gaz p, gaz T), où l'eau liquide est stable, les molécules porteuses du SNC sont présentes à des concentrations supérieures à 10 ⁹ . ", écrivent-ils. Ils ont également constaté que le carbone est généralement présent dans chaque atmosphère simulée et que la disponibilité du soufre augmente avec la température de surface. Avec des températures de surface plus basses, l'azote (N₂ , NH₃ ) est présent en quantités croissantes. Mais avec des températures de surface plus élevées, l'azote peut s'épuiser.

Le phosphore est une autre affaire. "L'élément limitant des éléments CHNOPS est le phosphore, qui est principalement lié à la croûte planétaire", écrivent-ils. Les auteurs soulignent que, autrefois, dans l'atmosphère terrestre, la pénurie de phosphore limitait la biosphère.

Une biosphère aérienne est une idée intéressante. Mais ce n’est pas l’objectif principal des efforts des scientifiques pour détecter l’atmosphère des exoplanètes. La vie en surface est leur Saint Graal. Il n’est pas surprenant qu’il s’agisse toujours d’eau liquide, tout bien considéré. "Semblables aux travaux antérieurs, nos modèles suggèrent que le facteur limitant l'habitabilité à la surface d'une planète est la présence d'eau liquide", écrivent les auteurs. Dans leur travail, lorsque l'eau de surface était disponible, le CNS était disponible dans la basse atmosphère près de la surface.

Mais les eaux de surface jouent plusieurs rôles dans la chimie atmosphérique. Il peut se lier à certains nutriments dans certaines circonstances, les rendant indisponibles, et dans d'autres circonstances, il peut les rendre disponibles.

"Si de l'eau est disponible en surface, les éléments non présents dans la phase gazeuse sont stockés dans les condensats de la croûte", écrivent les auteurs. L'altération chimique peut alors les rendre disponibles comme nutriments. "Cela fournit une voie pour surmonter le manque de phosphore et de métaux atmosphériques, qui sont utilisés dans les enzymes qui pilotent de nombreux processus biologiques."

Cela complique les choses sur les mondes couverts par les océans. Les molécules prébiotiques pourraient ne pas être disponibles si l’eau et les roches n’ont aucune possibilité d’interagir avec l’atmosphère. "S'il est effectivement possible de démontrer que la vie peut se former dans un océan d'eau sans aucune terre exposée, cette contrainte s'affaiblit et le potentiel d'habitabilité de la surface devient principalement une question de stabilité de l'eau", écrivent les auteurs.

Certains modèles sont surprenants en raison de l'eau liquide atmosphérique. "De nombreux modèles montrent la présence d'une zone d'eau liquide dans l'atmosphère, détachée de la surface. Ces régions pourraient être intéressantes pour la formation de la vie sous forme de biosphères aériennes", écrivent Herbort et ses collègues. P>

S'il y a une chose que des recherches comme celle-ci montrent, c'est que les atmosphères planétaires sont extraordinairement complexes et peuvent changer radicalement au fil du temps, parfois à cause de la vie elle-même. Cette recherche a du sens pour essayer de tout comprendre. Le fait que les chercheurs n'ont pas inclus le rayonnement stellaire dans leurs travaux souligne la complexité. Y compris cela aurait rendu l'effort lourd.

La question de l’habitabilité est compliquée, rendue confuse par notre manque de réponses aux questions fondamentales. La croûte d'une planète doit-elle être en contact avec l'eau et l'atmosphère pour que les nutriments CHNOPS soient disponibles ? La Terre possède une biosphère aérienne temporaire. Les biosphères aériennes peuvent-elles jouer un rôle important dans l'habitabilité des exoplanètes ?

Mais au-delà de toutes les simulations et modèles, aussi puissants soient-ils, ce dont les scientifiques ont le plus besoin, c’est de davantage de données. Lors du lancement d’ARIEL, les scientifiques disposeront de beaucoup plus de données avec lesquelles travailler. Des recherches comme celle-ci aideront les scientifiques à comprendre ce que découvre ARIEL.