La recherche de biosignatures sur des exoplanètes potentiellement habitables s’intensifie. Le JWST a réussi à collecter certains spectres atmosphériques d’atmosphères d’exoplanètes, mais il a beaucoup d’autres tâches à accomplir et l’observation du temps est très demandée. Un télescope spatial en projet nommé LIFE est dédié à la recherche de biosignatures d'exoplanètes, et récemment, des chercheurs lui ont fait tester :peut-il détecter les biosignatures de la Terre ?

En tant qu'interféromètre, LIFE est composé de cinq télescopes distincts qui fonctionneront à l'unisson pour étendre la taille utile du télescope. LIFE est développé par l'ETH Zurich (Institut fédéral de technologie de Zurich) en Suisse. LIFE observera dans l'infrarouge moyen, où se trouvent les raies spectrales des produits chimiques bioindicatifs importants que sont l'ozone, le méthane et l'oxyde nitreux.

LIFE sera situé au Lagrange Point 2, à environ 1,5 million de kilomètres (1 million de miles), là où se trouve également le JWST. Depuis cet endroit, il observera une liste de cibles d’exoplanètes dans l’espoir de trouver des biosignatures. "Notre objectif est de détecter dans le spectre lumineux des composés chimiques qui suggèrent la vie sur les exoplanètes", explique Sascha Quanz, professeur d'exoplanètes et d'habitabilité à l'ETH Zurich, qui dirige l'initiative LIFE.

LIFE n’est encore qu’un concept et les chercheurs ont voulu tester ses performances. Comme il n'a pas encore été construit, une équipe de chercheurs a utilisé l'atmosphère terrestre comme test. Ils ont traité la Terre comme s'il s'agissait d'une exoplanète et ont testé les méthodes de LIFE par rapport au spectre atmosphérique connu de la Terre dans différentes conditions. Ils ont utilisé un outil appelé LIFEsim pour travailler avec les données. Les chercheurs utilisent souvent des données simulées pour tester les capacités des missions, mais dans ce cas, ils ont utilisé des données réelles.

Leurs résultats sont publiés dans The Astronomical Journal . La recherche est intitulée "Grand interféromètre pour les exoplanètes (LIFE). XII. La détectabilité des biosignatures Capstone dans l'infrarouge moyen - Reniflement du gaz hilarant exoplanétaire et des halogènes méthylés." L'auteur principal est le Dr Daniel Angerhausen, astrophysicien et astrobiologiste à l'ETH de Zurich.

Dans un scénario réel, la Terre ne serait qu’un point lointain, presque impossible à discerner. Tout ce que LIFE verrait, c'est le spectre atmosphérique de la planète, qui changerait au fil du temps en fonction des vues capturées par le télescope et, surtout, de la durée pendant laquelle il l'observait.

Ces spectres seraient collectés au fil du temps, ce qui conduit à une question importante :comment la géométrie d'observation et les variations saisonnières affecteraient-elles les observations de LIFE ?

Heureusement pour l’équipe de recherche, nous disposons de nombreuses observations de la Terre avec lesquelles travailler. Les chercheurs ont travaillé avec trois géométries d'observation différentes :deux vues depuis les pôles et une depuis la région équatoriale. De ces trois points de vue, ils ont travaillé avec des données atmosphériques de janvier et juillet, qui représentent les plus grandes variations saisonnières.

Bien que les atmosphères planétaires puissent être extrêmement complexes, les astrobiologistes se concentrent sur certains aspects pour révéler le potentiel d’une planète à accueillir la vie. Les produits chimiques N₂ sont particulièrement intéressants. 0, CH₃ Cl, et CH₃ Br (oxyde nitreux, chlorométhane et bromométhane), qui peuvent tous être produits de manière biogénique. "Nous utilisons un ensemble de scénarios dérivés de modèles de cinétique chimique qui simulent la réponse atmosphérique à divers niveaux de production biogénique de N₂ O, CH₃ Cl, et CH₃ Br dans O₂ -des atmosphères riches en planètes terrestres pour produire des modèles avancés pour notre logiciel de simulation d'observation LIFEsim", écrivent les auteurs.

Les chercheurs voulaient notamment savoir si LIFE serait capable de détecter le CO₂ , l'eau, l'ozone et le méthane sur la planète Terre à environ 30 années-lumière. Ce sont les signes d'un monde tempéré propice à la vie – en particulier l'ozone et le méthane, qui sont produits par la vie sur Terre – donc si LIFE peut détecter la chimie biologique sur Terre de cette manière, elle peut la détecter sur d'autres mondes.

LIFE a pu détecter le CO₂ , l'eau, l'ozone et le méthane sur Terre. Il a également détecté certaines conditions de surface indiquant de l’eau liquide. Curieusement, les résultats de LIFE ne dépendent pas de l’angle sous lequel la Terre est vue. Ceci est important car nous ne savons pas sous quels angles LIFE observera les exoplanètes.

Les fluctuations saisonnières constituent l’autre problème, et elles n’étaient pas aussi faciles à observer. Mais heureusement, il semble que cela ne soit pas un facteur limitant. "Même si la saisonnalité atmosphérique n'est pas facile à observer, notre étude démontre que les missions spatiales de nouvelle génération peuvent évaluer si les exoplanètes terrestres tempérées proches sont habitables ou même habitées", a déclaré Quanz.

Cependant, la détection des produits chimiques souhaités ne suffit pas. L’élément critique est le temps que cela prend. Construire un interféromètre spatial capable de détecter ces produits chimiques, mais qui prendrait trop de temps, ne serait ni pratique ni efficace. "Nous utilisons les résultats pour déduire les temps d'observation nécessaires à la détection de ces scénarios et les appliquons pour définir les exigences scientifiques de la mission", écrit l'équipe de recherche dans son article.

Pour dresser un tableau plus large des temps d'observation de LIFE, les chercheurs ont élaboré une liste de cibles. Ils ont créé une "… distribution de distance des planètes HZ avec des rayons compris entre 0,5 et 1,5 rayons terrestres autour des étoiles de type M et FGK à moins de 20 % du soleil qui sont détectables avec LIFE". Les données pour ces cibles proviennent de la NASA et d'autres recherches antérieures.

Les résultats montrent que quelques jours seulement sont nécessaires pour certaines cibles, tandis que pour d'autres, cela pourrait prendre jusqu'à 100 jours pour détecter des abondances pertinentes.

Ce que l'équipe appelle des « cibles dorées » sont les plus faciles à observer. Les planètes de Proxima Centauri sont un exemple de ce type de cibles. Quelques jours seulement d’observation sont nécessaires pour ces planètes. Il faudra environ dix jours d'observations avec LIFE pour observer "certains scénarios standards tels que des planètes terrestres tempérées autour d'hôtes étoiles M à cinq pour cent", écrivent les chercheurs. Les cas les plus difficiles encore réalisables sont ceux des exoplanètes qui sont des jumelles de la Terre situées à environ 5 parsecs. Selon les résultats, LIFE a besoin d'environ 50 à 100 jours d'observation pour détecter les biosignatures.

LIFE n’est encore qu’une mission potentielle à ce stade. Ce n’est pas la première mission proposée qui se concentrerait uniquement sur l’habitabilité des exoplanètes. En 2023, la NASA a proposé le Habitable Worlds Observatory (HWO). Son objectif est d'imager directement au moins 25 mondes potentiellement habitables puis de rechercher des biosignatures dans leurs atmosphères.

Mais selon les auteurs, leurs résultats montrent que LIFE est la meilleure option.

"S'il existe des systèmes exoplanétaires d'étoiles de type tardif dans le voisinage solaire avec des planètes présentant des biosphères globales produisant du N₂ O et CH₃ X, LIFE sera la future mission la mieux adaptée pour les rechercher systématiquement et éventuellement les détecter", concluent-ils.