Comment détecter la vie sur les planètes lointaines ?

Cher­cher l’ab­sence plu­tôt que la pré­sence de cer­tains com­po­sés chi­miques dans l’at­mo­sphère des exo­pla­nètes (pla­nètes en orbite autour d’é­toiles autres que le Soleil) pour­rait-il être notre meilleure chance de trou­ver de l’eau liquide – et ain­si peut-être même de la vie – sur ces mondes lointains ?

C’est ce que pro­posent des cher­cheurs du MIT et de l’U­ni­ver­si­té de Bir­min­gham, qui ont mon­tré que si l’at­mo­sphère d’une pla­nète extra­so­laire ter­restre (rocheuse) contient beau­coup moins de dioxyde de car­bone (CO₂) que celle d’autres pla­nètes du même sys­tème solaire, cela pour­rait indi­quer la pré­sence d’eau liquide à la sur­face de cette pla­nète. Une telle « signa­ture » chi­mique devrait être faci­le­ment détec­table avec le téles­cope spa­tial James Webb (JWST) de la NASA, ce qui n’a pas été le cas avec les obser­va­toires et les téles­copes jusqu’à présent.

À ce jour, les astro­nomes ont décou­vert plus de 5 000 pla­nètes en dehors de notre sys­tème solaire. Autre prouesse : depuis plus de vingt ans, ils sont en mesure d’é­va­luer si une pla­nète se trouve dans une zone « habi­table ». Mais ils ne peuvent pas encore déter­mi­ner si elle serait réel­le­ment capable d’a­bri­ter la vie.

Dans notre sys­tème solaire, les cher­cheurs détectent la pré­sence d’o­céans liquides, par exemple, en recher­chant des « éclats » de lumière solaire réflé­chis par les sur­faces liquides. C’est ain­si qu’ils sont par­ve­nus, par exemple, à obser­ver de grands lacs sur Titan, la plus grande lune de Saturne. Il sera tou­te­fois dif­fi­cile de faire de même pour les exo­pla­nètes, même avec des téles­copes avan­cés comme le JWST.

Une équipe diri­gée par Julien de Wit du MIT (États-Unis) et Amau­ry Triaud de l’U­ni­ver­si­té de Bir­min­gham (Royaume-Uni), vient d’ap­pli­quer aux exo­pla­nètes ce que nous savons des niveaux du CO₂ dans l’at­mo­sphère des pla­nètes ter­restres de notre propre sys­tème solaire. Sur Terre, la majeure par­tie du CO₂ de notre atmo­sphère a été dis­soute dans les océans et s’est pro­gres­si­ve­ment enfouie dans la croûte ter­restre (sur de très longues périodes géo­lo­giques). Notre pla­nète est donc très dif­fé­rente de Vénus, dont l’at­mo­sphère contient plus de 95 % de CO₂. La Terre contient autant de CO₂ que Vénus, mais ce CO₂ n’est pas « visible », ce qui montre à quel point le pro­ces­sus de sto­ckage du CO₂ dans la croûte ter­restre a été efficace.

« Nous pro­po­sons qu’un pro­ces­sus simi­laire sur les exo­pla­nètes per­mette aux astro­nomes de déduire la pré­sence d’eau liquide sur celles-ci, explique Amau­ry Triaud. De telles pla­nètes seraient plus pauvres en CO₂ atmo­sphé­rique que leurs voi­sines non-habi­tables ».

La stra­té­gie pro­po­sée par les cher­cheurs serait la plus effi­cace pour les sys­tèmes solaires comme le nôtre, c’est-à-dire ceux dans les­quels plu­sieurs pla­nètes ter­restres, toutes à peu près de la même taille, orbitent rela­ti­ve­ment près les unes des autres autour de leur étoile hôte. C’est le cas de TRAPPIST‑1, un sys­tème de sept pla­nètes, situé à 40 années-lumière de la Terre – ce qui est rela­ti­ve­ment proche en termes astronomiques.

Tout d’a­bord, ils confir­me­raient que les pla­nètes pos­sèdent bien une atmo­sphère. Pour ce faire, les experts recher­che­raient la pré­sence de CO₂ à l’aide du JWST, le seul téles­cope actuel­le­ment capable de mesu­rer le conte­nu chi­mique de l’at­mo­sphère des exo­pla­nètes rocheuses. Le CO₂ absorbe for­te­ment la lumière dans la par­tie infra­rouge du spectre élec­tro­ma­gné­tique et pour­rait donc être faci­le­ment détec­té par le téles­cope. Ils com­pa­re­raient ensuite la teneur en CO₂ des dif­fé­rentes pla­nètes du sys­tème pour déter­mi­ner si l’une d’entre elles contient beau­coup moins de CO₂ que les autres. Des obser­va­tions ulté­rieures per­met­traient de confir­mer l’am­pleur de ce défi­cit, mais aus­si de savoir si ce der­nier est dû à la bio­lo­gie (bio­masse enfouis­sant le car­bone) ou à la géo­lo­gie (le CO₂ se dis­sol­vant dans l’eau).

Alors que nous décou­vrons de plus en plus d’exo­pla­nètes, il n’est pas seule­ment impor­tant de savoir si leur taille et leur masse sont simi­laires à celles de la Terre. Nous aime­rions éga­le­ment savoir si les condi­tions qui règnent à leur sur­face sont éga­le­ment simi­laires. « En mesu­rant des quan­ti­tés réduites de CO₂ sur les pla­nètes voi­sines d’un sys­tème extra­so­laire, nous sau­rions avec plus de cer­ti­tude si ces pla­nètes ont des condi­tions de sur­face simi­laires à celles de la Terre, avant com­men­cer la recherche de preuves d’ac­ti­vi­té bio­lo­gique pro­pre­ment dit », explique Amau­ry Triaud.

« Le Graal de la science des exo­pla­nètes est de trou­ver des mondes habi­tables autres que la Terre et des signes de vie, ajoute Julien de Wit. À cette fin, nous nous sommes tra­di­tion­nel­le­ment concen­trés sur la recherche d’un signal sup­plé­men­taire pro­ve­nant d’une pla­nète don­née : un reflet venant des océans ou la signa­ture d’ab­sorp­tion d’un gaz spé­ci­fique (l’oxy­gène par exemple). Mais toutes ces carac­té­ris­tiques sont res­tées jus­qu’à pré­sent hors de por­tée des obser­va­toires, même les plus récents. »

« Nous insis­tons ici sur le fait qu’il ne s’a­git pas seule­ment de recher­cher ce qui a été ajou­té par la vie ou la pré­sence d’eau, mais aus­si (et peut-être sur­tout) ce qui a été enle­vé par la vie ou la pré­sence d’eau, ajoute-t-il. Ce n’est qu’en exa­mi­nant ‘l’es­pace néga­tif’ (l’ap­pau­vris­se­ment) créé par l’un ou l’autre que nous pou­vons per­mettre la recherche d’ha­bi­tats et de vie avec la tech­no­lo­gie actuelle (c’est-à-dire dans les quelques années à venir pour un sys­tème comme TRAPPIST‑1). C’est dire la puis­sance de ce simple chan­ge­ment de définition/perspective ».

Les cher­cheurs affirment qu’ils vont éga­le­ment conti­nuer à recher­cher des mondes tem­pé­rés rocheux autres que ceux de TRAPPIST‑1 vers les­quels ils pour­raient diri­ger le JWST. « Pour cela, nos téles­copes au Chi­li, aux îles Cana­ries et au Mexique, un réseau appe­lé SPECULOOS, sont essen­tiels. En fait, ces téles­copes com­mencent déjà à trou­ver de nou­velles exo­pla­nètes rocheuses », révèlent-ils.

Propos recueillis par Isabelle Dumé

Réfé­rences :

Atmos­phe­ric car­bon deple­tion as a tra­cer of water oceans and bio­mass on tem­pe­rate ter­res­trial exo­pla­nets, Nature Asto­no­my 8 17–29 (2024)