Lors de la recherche d'exoplanètes potentiellement habitables, les scientifiques sont obligés d'adopter l'approche des fruits bas. Étant donné que la Terre est la seule planète que nous connaissons capable de soutenir la vie, cette recherche se résume essentiellement à rechercher des planètes qui ressemblent à la Terre. Mais que se passe-t-il si la Terre n'est pas le mètre-mètre pour l'habitabilité que nous avons tous tendance à penser?
C'était le sujet d'une conférence qui a eu lieu récemment au Congrès de géochimie Goldschmidt, qui a eu lieu du 18 au 23 août, à Barcelone, en Espagne. Ici, une équipe de chercheurs soutenus par la NASA a expliqué comment un examen de ce qui entre dans la définition des zones habitables (ZH) montre que certaines exoplanètes peuvent avoir de meilleures conditions de vie pour prospérer que la Terre elle-même.
La présentation était basée sur une étude intitulée «Une zone habitable limitée pour la vie complexe», parue dans le numéro de juin 2019 de The Astrophysical Journal. L'étude a été menée par des chercheurs de Caltech, du NASA Goddard Institute for Space Studies, du NASA Astrobiology Institute, du NASA Postdoctoral Program, du NExSS Virtual Planetary Laboratory, du Blue Marble Space Institute of Science et de plusieurs universités.
Comme ils l'indiquent dans leur étude, les HZ sont généralement définis comme la plage de distances à partir d'une étoile hôte au sein de laquelle de l'eau liquide peut exister à la surface. Cependant, cela ne prend pas en compte la dynamique atmosphérique nécessaire pour assurer la stabilité du climat - qui comprend une rétroaction carbonate-silicate pour maintenir les températures de surface dans une certaine plage.
Étant donné que seules des méthodes indirectes sont disponibles pour évaluer les conditions sur des exoplanètes éloignées, les astronomes dépendent de modèles sophistiqués de climat et d'évolution planétaires. Au cours de la présentation de leur synthèse de cette approche lors de la conférence, la Dre Stephanie Olson de l'Université de Chicago (co-auteur de l'étude) a décrit la recherche pour identifier les meilleurs environnements pour la vie sur les exoplanètes:
«La recherche de la vie par la NASA dans l’univers se concentre sur les soi-disant planètes de la zone habitable, qui sont des mondes qui ont le potentiel d’océans d’eau liquide. Mais tous les océans ne sont pas également accueillants - et certains océans seront de meilleurs endroits où vivre que d'autres en raison de leurs schémas de circulation mondiale.
«Notre travail visait à identifier les océans exoplanètes qui ont la plus grande capacité à accueillir une vie active abondante et mondiale. La vie dans les océans de la Terre dépend de l'upwelling (flux ascendant) qui renvoie les nutriments des profondeurs sombres de l'océan vers les parties ensoleillées de l'océan où vit la vie photosynthétique. Plus d'upwelling signifie plus de réapprovisionnement en nutriments, ce qui signifie plus d'activité biologique. Ce sont les conditions que nous devons rechercher sur les exoplanètes ».
Dans l'intérêt de leur étude, Olsen et ses collègues ont modélisé les conditions qui seraient probablement sur divers types d'exoplanètes à l'aide du logiciel ROCKE-3D. Ce modèle de circulation générale (GCM) a été développé par le Goddard Institute for Space Studies (GISS) de la NASA pour étudier différents points de l'histoire de la Terre et d'autres planètes terrestres du système solaire (comme Mercure, Vénus et Mars).
Ce logiciel peut également être utilisé pour simuler ce que seraient les climats et les habitats océaniques sur différents types d'exoplanètes. Après avoir modélisé une variété d'exoplanètes possibles (sur la base des plus de 4000 découvertes à ce jour), ils ont pu déterminer quels types d'exoplanètes sont les plus susceptibles de développer et de maintenir des biosphères prospères.
Cela consistait à utiliser un modèle de circulation océanique qui a identifié les exoplanètes qui auraient la remontée d'eau la plus efficace et seraient ainsi en mesure de maintenir les océans dans des conditions hospitalières. Ce qu'ils ont découvert, c'est que les planètes avec une densité atmosphérique plus élevée, des taux de rotation plus lents et la présence de continents produisent tous des taux d'upwelling plus élevés.
Un des principaux enseignements à en tirer est que la Terre pourrait ne pas être habitable de façon optimale, compte tenu de sa vitesse de rotation plutôt rapide. "C'est une conclusion surprenante", a déclaré le Dr Olson, "cela nous montre que les conditions sur certaines exoplanètes avec des schémas de circulation océaniques favorables pourraient être mieux adaptées pour soutenir une vie plus abondante ou plus active que la vie sur Terre."
C'est en quelque sorte une bonne ou une mauvaise nouvelle. D'une part, cela brise en quelque sorte l'illusion que la Terre est l'étalon par lequel d'autres exoplanètes potentiellement habitables peuvent être mesurées. D'un autre côté, cela indique que la vie peut être plus abondante dans notre univers que les estimations conservatrices précédentes ne l'indiquent.
Mais comme Olsen l'a indiqué, il y aura toujours un écart entre la vie et ce qui est détectable par nous, en raison des limites de notre technologie. Cette étude est donc importante dans la mesure où elle encourage les astronomes à orienter leurs efforts vers le sous-ensemble d'exoplanètes qui favorisera très probablement «les grandes biosphères actives à l'échelle mondiale où la vie sera plus facile à détecter et où les non-détections auront le plus de sens».
Cela sera possible dans la décennie à venir grâce au déploiement de télescopes de nouvelle génération comme le Télescope spatial James Webb (JWST), dont les astronomes s'attendent à jouer un rôle déterminant dans la caractérisation des atmosphères et des environnements de surface des exoplanètes. D'autres télescopes, qui sont toujours sur la planche à dessin, pourraient aller encore plus loin - en partie grâce à des études comme celle-ci.
«Idéalement, ce travail devrait éclairer la conception du télescope pour garantir que les futures missions», a déclaré le Dr Olson, «comme les concepts de télescope LUVOIR ou HabEx proposés, ont les bonnes capacités; nous savons maintenant quoi chercher, nous devons donc commencer à chercher ».
Quand il s'agit de rechercher des preuves de vie au-delà de notre système solaire (ou en son sein), savoir quoi chercher peut être encore plus important que d'avoir les outils les plus sophistiqués pour le faire. Dans les années à venir, les astronomes bénéficieront d'une technologie de pointe et de méthodes améliorées, utilisant tout ce que nous avons appris jusqu'à présent pour trouver des preuves d'une vie autre que la nôtre.
