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La recherche de planètes semblables à la Terre commence par la recherche d'étoiles semblables au Soleil. L'astronome Maggie Turnbull a été invitée à faire une courte liste de trente étoiles candidates qui correspondaient étroitement à notre propre Soleil sur une liste totale de 2 350 étoiles qui sont à moins de cent années-lumière de nous. Cette courte liste, comprenant 37 Gem, sera utilisée par la mission Terrestrial Planet Finder, qui recherchera des planètes habitables en recherchant la lumière visible de l'oxygène ou de l'eau sur une planète semblable à la Terre - un signe certain de la vie.
La trente-septième étoile la plus à l'ouest de la constellation, les Gémeaux, est une étoile jaune-orange comme notre propre soleil. L'étoile s'appelle 37 Geminorum, mais pour l'astrophysicienne Margaret Turnbull, l'étoile est spéciale car elle offre une étude de cas pour considérer ce qui pourrait être considéré comme un bon candidat pour héberger des planètes habitables.
En établissant sa liste d'étoiles qui pourraient soutenir des planètes avec de l'eau liquide et de l'oxygène, elle doit exclure les soleils extrêmes: soit trop jeunes soit trop vieux, qui tournent trop vite ou dont la luminosité est suffisamment variable pour provoquer un chaos climatique sur n'importe quel monde proche.
À une distance de 56,3 années-lumière de là, l'étoile 37 Gem n'a pas encore montré de signes révélateurs d'avoir de telles planètes, ou des planètes, mais les futurs télescopes de la NASA et d'Europe cherchent à cibler des étoiles comme 37 Gem car ils pourraient partager certaines des mêmes propriétés qui ont rendu notre propre système solaire habitable. Plus de 100 planètes extrasolaires ont été découvertes à ce jour à l'aide de télescopes au sol, et les estimations du total de ces planètes dans notre galaxie peuvent totaliser des milliards de mondes candidats.
Travaillant à l'Université de l'Arizona à Tucson, Maggie Turnbull a été invitée à faire une courte liste de trente candidats étoiles qui ressemblaient le plus à d'autres soleils capables de soutenir les conditions de vie pour prospérer. Commencer sa recherche parmi les étoiles à moins de cent années-lumière a donné environ 2 350 étoiles à approfondir.
Turnbull a récemment présenté ses résultats à un groupe de scientifiques du projet de télescope spatial de la NASA, le Terrestrial Planet Finder (TPF), qui recherchera des planètes habitables en utilisant la lumière visible avec la "signature" de l'eau et / ou de l'oxygène d'une Terre- type planète. Après le lancement prévu de TPF vers 2013, suivra le projet européen Darwin impliquant six télescopes spatiaux.
La liste stellaire a été réduite à partir d'une liste encore plus grande (17129 étoiles en 450 années-lumière, ou 140 parsecs), que Turnbull et la conseillère Jill Tarter du SETI Institute ont publié pour la première fois dans Astrophysical Journal. La liste est devenue connue sous le nom de Catalogue des systèmes stellaires habitables à proximité (ou HabCat). Leur article publié en août, intitulé «Sélection de cibles pour SETI: I. Un catalogue de systèmes stellaires habitables à proximité», a élargi les listes de candidats précédents de près de dix fois, ou d'un ordre de grandeur.
Pour soutenir une vie complexe, une étoile candidate doit avoir la bonne couleur, la luminosité et l'âge. S'il s'agit d'une étoile d'âge moyen comme la nôtre, elle aura brûlé suffisamment d'éléments de lumière fusionnables pour produire des métaux plus lourds comme le fer, mais pas si vieux qu'elle s'effondre ou si jeune que la vie n'est qu'une perspective future lointaine. Sur la base des fragments que nous connaissons sur la façon dont la vie complexe est apparue sur Terre, la recherche de Turnbull vise à trouver les «Boucles d'or» des étoiles qui semblent «juste à droite».
Alors pourquoi 37 Gem?
37 Geminorum se trouve dans la partie nord-ouest de la constellation des Gémeaux, du nom des jumeaux. Pour les astronomes amateurs avec un bon télescope d'arrière-cour, 37 Gem est visible. Dans la mythologie grecque, les jumeaux Gémeaux ont navigué avec Jason dans la quête de la Toison d'or; pendant une tempête, les jumeaux ont aidé à sauver leur navire ARGO du naufrage, et ainsi la constellation est devenue très appréciée des marins.
La plupart des étoiles comme Gem 37 sont regroupées en un petit nombre de classes spectrales, basées à peu près sur la couleur de la lumière qu'elles émettent. Appelé le catalogue Henry Draper, le recueil des étoiles répertorie les classes spectrales en sept grandes catégories, des étoiles les plus chaudes aux plus fraîches. Ces types sont désignés, par ordre décroissant de température, par les lettres O, B, A, F, G, K et M. La nomenclature est enracinée dans des idées obsolètes sur l'évolution stellaire, mais la terminologie demeure. Notre soleil, classé à plus petite échelle comme un nain «G2V» typique, a environ 4,5 milliards d'années. L'étoile candidate, 37 Gem, est également d'âge moyen, mais un peu plus âgée d'un milliard d'années, à 5,5 milliards d'années.
Les spectres des étoiles de type G comme les nôtres (et 37 Gem) sont dominés par certains éléments chimiques, comme l'indiquent leurs raies spectrales (ou émissions) caractéristiques. Les éléments les plus courants sont les métaux, en particulier pour les signatures d'étoiles riches en fer, calcium, sodium, magnésium et titane. En termes astronomiques, par rapport à la classification de notre soleil en tant que nain G2V typique, 37 Gem a une température de surface légèrement plus chaude. Ainsi, le premier choix de Turnbull - 37 Gem - est catalogué comme un nain G0V - ce qui signifie qu'il s'agit également d'une étoile naine jaune-orange de la séquence principale. Parce que les étoiles G sont caractérisées par la présence de ces raies métalliques et un spectre d'hydrogène faible, elles partagent un âge, une masse et une luminosité communs.
Sinon, 37 Gem est proche de notre propre jumeau solaire, ou un équivalent du Soleil comme les Gémeaux: 1,1 fois la masse de notre soleil, 1,03 fois son diamètre et 1,25 fois sa luminosité.
Les luminosités sont «peut-être l'information la plus importante», a déclaré Turnbull au magazine Astrobiology, «que nous utilisons pour déterminer l'habitabilité des étoiles proches» pour la vie complexe, car la luminosité indique dans quelle phase de vie l'étoile se trouve, et cela à son tour dicte combien de temps la l'étoile restera stable.
Astrobiology Magazine a eu l'occasion de discuter avec Maggie Turnbull à l'Observatoire des délégués syndicaux de Tucson de la façon de sélectionner des candidats stellaires pour l'habitabilité.
Magazine d'astrobiologie (AM): Votre récente enquête a commencé à regarder environ 100 années-lumière éloignées de notre Soleil, et toutes les étoiles vers l'intérieur de ce rayon, n'est-ce pas? C'était la sphère visuelle pour commencer la recherche?
Margaret Turnbull (MT): Il y a environ 2350 étoiles Hipparcos dans 30 parsecs (90 lumière
ans), la distance maximale pour la mission Terrestrial Planet Finder (TPF). Il y a environ 5000 étoiles au total sur cette distance, mais nous ne regardons que les étoiles d'Hipparcos, donc ma liste de départ est longue de 2350 étoiles.
UN M: Avez-vous déjà mis la main sur un télescope d'arrière-cour pour voir 37 Gem?
MT: Il devrait certainement être visible avec un télescope de jardin, mais non, je ne l'ai pas regardé de mes propres yeux! Du fait de la photométrie (mesure de sa luminosité) et de la spectroscopie (mesure de sa composition) que j'ai regardées, j'ai l'impression de la «connaître» sans l'avoir jamais vue.
Cependant, il reste plus à faire pour 37 Gem. Par exemple, nous devons effectuer une imagerie infrarouge haute résolution de cette étoile avant de pouvoir dire qu'elle devrait être une cible - si nous découvrons qu'il y a beaucoup de débris flottant, nous devrons la retirer de la liste.
UN M: La star, 37 Gem, était-elle très différente du numéro deux sur la liste des trente meilleurs candidats?
MT: En fait, les «meilleures» étoiles sont toutes très similaires les unes aux autres, et en réalité cela n'a pas beaucoup de sens d'essayer de les classer. 37 Gem se trouve être l'une des étoiles les plus proches qui satisfait également aux critères d'ingénierie, donc à l'heure actuelle, elle semble être un très bon candidat pour la recherche TPF.
UN M: Juste par curiosité, quelle star était officiellement numéro deux sur la liste?
MT: Lorsque vous ne regardez que trente étoiles, elles devraient toutes être «numéro un». Autrement dit, chaque étoile que nous observons doit être d'un intérêt primordial pour la mission, car nous n'avons pas de temps à perdre. Nous sommes toujours en train de définir précisément l'objectif principal de la mission.
Si le but est de regarder la gamme de types spectraux, alors les étoiles supérieures peuvent inclure des étoiles K ou M très proches, mais si le but est de regarder 30 des étoiles les plus semblables au soleil, alors des étoiles comme 18 Sco (un solaire twin à 14 parsecs dans la Constellation Scorpius), beta CVn (le "chien"), ou 51 Peg ("Pegasus", le cheval volant) peuvent finir par être nos meilleurs paris.
UN M: Existe-t-il un ou deux éléments de données manquantes qui aideraient le classement à mieux cibler les candidats vedettes?
MT: À l'heure actuelle, l'imagerie infrarouge haute résolution est la pièce manquante dont nous avons absolument besoin. Nous devons savoir si ces étoiles ont des disques de débris poussiéreux qui rendraient difficile la détection de planètes en orbite là-bas.
Le Soleil a une quantité substantielle de poussière zodiacale parce que Jupiter remue constamment la ceinture d'astéroïdes et que les astéroïdes entrent en collision, ils ajoutent de la poussière au système solaire.
Un niveau de poussière similaire autour d'autres étoiles pourrait ne pas gâcher nos chances de voir des planètes, mais nous aimerions certainement garder cela au minimum.
UN M: Quels sont vos plans futurs pour la liste stellaire à l'appui des missions Terrestrial Planet Finder et Darwin?
MT: Je n’ai pas encore présenté ma liste «finale» au groupe de travail scientifique TPF les 18 et 19 novembre au US Naval Observatory, lors d’une réunion avec d’autres qui créent leurs propres listes.
J'ai déjà présenté ma méthodologie au groupe, mais maintenant nous allons rencontrer des ingénieurs qui nous expliqueront les contraintes de l'instrument et nous devrons affiner la liste pour tenir compte de leurs critères.
Leurs critères incluront des choses comme: ne peut pas avoir une étoile compagnon dans quelques secondes d'arc même si le compagnon n'est pas un souci pour la stabilité de la planète, parce que la lumière supplémentaire contamine le champ de vision; ne peut pas regarder les étoiles plus faiblement qu’environ 6 magnitude; ne peut regarder les étoiles qu'à au moins 60 degrés du Soleil pendant toute l'année, etc.
UN M: Vous avez publié votre premier catalogue d'étoiles habitables en août de cette année, et il y a une deuxième partie à cette classification. Quels sont les principaux plans pour la partie II du HabCat?
MT: Jill Tarter et moi avons récemment soumis un deuxième article sur la liste des cibles SETI qui paraîtra dans les suppléments de la revue astrophysique en décembre. Cet article donne une liste d'anciens amas ouverts à haute métallicité, les 100 étoiles les plus proches quel que soit le type stellaire, et environ 250 000 étoiles de séquence principale du catalogue Tycho, qui seront toutes observées par le Allen Telescope Array (ATA) chaque fois qu'un HabCat l'étoile n'est pas disponible pour nous d'observer.
Le faisceau primaire ATA sera pointé par des radioastronomes, et ils feront des cartes à très haute résolution de leurs propres cibles, alors que nous observerons en même temps des étoiles HabCat (ou des étoiles de nos listes dans le papier 2) pour SETI.
UN M: Enfin, les missions, Kepler et TPF, planifient-elles les types d'améliorations qui permettraient de détecter plus de planètes de la taille de la Terre, et pas seulement des géantes gazeuses, pour une étoile donnée dans leurs enquêtes?
MT: Oui. Kepler nous donnera une indication de la façon dont les planètes terrestres sont communes en observant des milliers d'étoiles semblables au soleil pour les «transits» - événements où la planète passe réellement devant l'étoile en orbite et bloque temporairement un peu de la lumière de l'étoile.
Terrestrial Planet Finder suivra cela en imaginant des planètes en orbite autour des étoiles les plus proches et en nous disant si ces planètes ont des atmosphères en prenant des spectres.
Nous pouvons rechercher de l'eau, de l'oxygène et du dioxyde de carbone, et si nous sommes chanceux, nous pouvons même voir des indications directes de la vie sous la forme d'une signature végétale ou d'un fort déséquilibre atmosphérique, comme la présence simultanée d'oxygène et de méthane (en raison à la présence simultanée de plantes et de bactéries méthanogènes sur Terre).
Et après
Toute mission de détection et de caractérisation spectroscopique de planètes terrestres autour d'autres étoiles doit être conçue de manière à pouvoir détecter divers types de planètes terrestres avec un résultat utile. De telles missions sont actuellement à l'étude - le Terrestrial Planet Finder (TPF), par la NASA, et Darwin par l'ESA, l'Agence spatiale européenne. L'objectif principal de TPF / Darwin est de fournir des données aux biologistes et aux chimistes de l'atmosphère.
Le concept TPF / Darwin repose sur l'hypothèse que l'on peut cribler spectroscopiquement l'habitabilité des planètes extrasolaires. Pour qu'une telle hypothèse soit valide, nous devons répondre aux questions suivantes. Qu'est-ce qui rend une planète habitable et comment les étudier à distance? Quels sont les divers effets que le biote pourrait exercer sur les spectres des atmosphères planétaires? À quels faux positifs pouvons-nous nous attendre? Quelles sont les histoires évolutives des atmosphères susceptibles d'être? Et surtout, quels sont les indicateurs robustes de la vie?
TPF / Darwin doit sonder les étoiles voisines à la recherche de systèmes planétaires qui incluent des planètes de taille terrestre dans leurs zones habitables (planètes «semblables à la Terre»). Par spectroscopie, TPF / Darwin doit déterminer si ces planètes ont des atmosphères et établir si elles sont habitables.
Le lancement de la mission Kepler est également prévu sur orbite solaire en octobre 2006. Kepler est destiné à déterminer la fréquence des planètes intérieures à proximité de la zone habitable d'un large éventail d'étoiles. Kepler observera simultanément 100 000 étoiles dans notre «voisinage» galactique, à la recherche de planètes de la taille de la Terre ou plus grandes dans la «zone habitable» autour de chaque étoile - la zone pas trop chaude, pas trop froide où de l'eau liquide pourrait exister. une planète.
Pour souligner la difficulté de détecter une planète de la taille de la Terre en orbite autour d'une étoile éloignée, le chercheur principal de Kepler, William Borucki de la NASA Ames, souligne qu'il faudrait 10 000 Terres pour couvrir le disque du Soleil. Une estimation de la NASA indique que Kepler devrait découvrir 50 planètes terrestres si la plupart de celles trouvées sont de la taille de la Terre, 185 planètes si la plupart sont 30% plus grandes que la Terre et 640 si la plupart ont 2,2 fois la taille de la Terre. De plus, Kepler devrait trouver près de 900 planètes géantes près de leurs étoiles et environ 30 géantes en orbite à des distances semblables à Jupiter de leurs étoiles parentes.
Parce que la plupart des planètes géantes gazeuses trouvées jusqu'à présent en orbite beaucoup plus près de leurs étoiles que Jupiter ne le fait du Soleil, Borucki pense que pendant la mission de quatre à six ans, Kepler trouvera une grande proportion de planètes assez proches des étoiles. Si cela s'avère vrai, dit-il, "nous nous attendons à trouver des milliers de planètes."
En utilisant les méthodes actuelles, les astronomes trouveraient aujourd'hui très difficile de détecter une planète de la taille de la Terre autour de l'étoile 37 Gem. Les analyses antérieures ont cependant exclu certains choix. Par exemple, une planète géante comme notre propre Jupiter ou Saturne n'orbite pas autour de 37 Gemmes. Ces études ont suggéré que les planètes géantes de un dixième à 10 fois la masse de Jupiter n'existent pas près de 37 Gem (dans une fourchette de 0,1 à quatre unités astronomiques ou d'une distance Terre-Soleil, AUs, voir aussi Cummings et al, 1999) . En raison du défi de trouver des planètes sombres près d'étoiles beaucoup plus brillantes, presque toutes les planètes extrasolaires trouvées jusqu'à présent sont comme notre propre Jupiter - massives, probablement gazeuses, et peu susceptibles d'héberger des conditions de vie en raison de leur proximité avec une étoile parente .
Mais les conditions autour de 37 Gem pourraient supporter des planètes intérieures plus petites comme Vénus ou la Terre. Personne ne sait. Seuls les futurs levés auront l'instrumentation capable de trouver de telles planètes semblables à la Terre.
Des modèles d'étoiles comme 37 Gem, cependant, soutiennent l'existence possible d'au moins une orbite stable pour une planète semblable à la Terre (avec de l'eau liquide) centrée autour d'une distance Terre-Soleil (1,12 UA). Une telle planète présumée orbiterait entre les distances de la Terre et de Mars dans notre système solaire. Cette planète non découverte, si elle peut être détectée dans de futures études, aurait une année qui dure plus de 450 jours, soit une période orbitale d'environ 1,3 années terrestres.
Étant donné que la vie génératrice d'oxygène sur Terre a pris environ deux milliards d'années pour s'installer, les étoiles beaucoup plus jeunes n'auraient probablement pas eu suffisamment de temps pour que la vie évolue vers des formes complexes. Compte tenu des milliards d'années nécessaires à l'évolution de la vie sur terre, les scientifiques pourraient se demander si la vie aurait une chance dans un système solaire à durée de vie plus courte. Les étoiles plus chaudes et plus massives ont toujours été considérées comme moins susceptibles d'abriter la vie, mais pas parce qu'elles seraient trop chaudes. Les planètes pourraient encore profiter de climats tempérés, juste plus loin que la Terre du Soleil, et sur des orbites plus éloignées de sa propre étoile parente. Le premier problème d'habitabilité est celui du temps, pas de la température. Les étoiles plus chaudes ont tendance à brûler plus rapidement - peut-être trop vite pour que la vie s'y développe.
Source d'origine: Astrobiology Magazine
