L’humanité a-t-elle raté la fête ? SETI, l’équation de Drake et le paradoxe de Fermi ne sont-ils que des artefacts de notre ignorance de la vie avancée dans l’univers ? Et si nous nous trompons, comment le saurions-nous ?
Une nouvelle étude portant sur les trous noirs et leur effet puissant sur la formation d’étoiles suggère que nous, en tant que vie avancée, pourrions être des reliques d’une époque révolue dans l’Univers.
Les lecteurs d’Universe Today connaissent SETI, l’équation de Drake et le paradoxe de Fermi. Tous les trois sont des façons différentes dont l’humanité s’attaque à sa situation. Ils sont tous liés à la grande question : Sommes-nous seuls ? Nous posons ces questions comme si l’humanité se réveillait sur cette planète, regardait autour d’elle et se demandait où étaient tous les autres. C’est un peu ce qui s’est passé.
Nous vivons à une époque de découvertes d’exoplanètes et les astronomes sont occupés à rechercher des planètes qui ont une possibilité d’être habitables, c’est-à-dire qui ont de l’eau de surface liquide. C’est une définition simple de l’habitabilité, mais elle est utile pour trier les milliers d’exoplanètes que nous avons découvertes et les millions d’autres qui attendent d’être découvertes. Parce que le a priori le raisonnement nous dit que les planètes individuelles sont la clé pour trouver la vie.
Mais qu’en est-il d’une vision plus large de l’habitabilité et, surtout, des autres modes de vie avancés ? Passer au peigne fin les planètes individuelles est-il le moyen de trouver une autre vie ? Ou certaines galaxies elles-mêmes sont-elles plus susceptibles d’héberger une vie avancée, qui peut mettre des milliards d’années à évoluer ? Les trous noirs dans les galaxies affectent-ils la probabilité d’une vie avancée ?
David Garofalo est professeur agrégé de physique à la Kennesaw State University en Géorgie. Garofalo étudie la physique des trous noirs et, dans un nouvel article, il explique comment les trous noirs pourraient affecter l’existence d’une vie avancée.
L’article s’intitule “La vie avancée a atteint son apogée il y a des milliards d’années selon les trous noirs”. Il sera bientôt publié dans la revue Galaxies. Garofalo est l’unique auteur et l’article n’a pas encore été évalué par des pairs.
Garofalo explique comment la rétroaction des trous noirs peut entraîner ou supprimer la formation d’étoiles. Que ce soit le cas ou non dépend de l’environnement et du fait que le SMBH se trouve dans un environnement pauvre en gaz ou riche en gaz.
“Le lien entre les trous noirs et la formation d’étoiles nous permet d’établir un lien entre les trous noirs et les lieux et les moments où les intelligences extraterrestres (ETI) avaient plus de chances d’émerger”, écrit Garofalo.
L’équation de Drake tente de donner forme à nos réflexions sur d’autres civilisations intelligentes. C’est une équation probabiliste qui tente de calculer le nombre de civilisations intelligentes et communicantes qu’il y a dans la Voie Lactée. L’effort de Garofalo s’étend au-delà de la Voie Lactée dans l’Univers. Mais l’Univers est vaste et ancien. Où commencer?
Garofalo commence par les trous noirs, la rétroaction et la formation d’étoiles.
“Notre compréhension des processus qui déterminent où et quand la formation d’étoiles culmine dans l’Univers a considérablement mûri, au point où nous pouvons commencer à explorer plus largement la question de l’intelligence dans l’espace et le temps”, écrit Garofalo. La rétroaction des trous noirs affecte la formation d’étoiles dans les galaxies, mais l’effet varie.
Garofalo a fait de nombreuses recherches sur les trous noirs, et cet article s’appuie fortement sur ses recherches et sur le travail d’autres personnes dans le même domaine. Garofalo affirme que la vie avancée a atteint son apogée il y a des milliards d’années, tout cela à cause du lien direct entre les fusions, les trous noirs, la formation d’étoiles et les planètes qui se forment autour de ces étoiles. Cela commence par une fusion de trous noirs susceptible de conduire à des noyaux galactiques actifs (AGN), terme désignant un trou noir supermassif (SMBH) au centre d’une galaxie qui accumule suffisamment de matière pour briller de mille feux. Certains AGN émettent des jets, et ils dépendent de la nature de la matière qui s’accumule sur le trou. La matière est le gaz de la galaxie, et différentes galaxies ont des environnements gazeux différents.
La rétroaction des trous noirs joue un rôle majeur dans le travail de Garofalo. Différents trous noirs entraînent différents types de rétroaction, et certaines rétroactions entraînent des taux plus élevés de formation d’étoiles. Les jets sont le principal moyen par lequel les trous noirs interagissent avec le milieu environnant, en pompant la matière de leurs disques d’accrétion dans leur environnement.
Parfois, toutes ces réactions entraînent la formation d’étoiles. Mais parfois, il injecte trop d’énergie dans sa galaxie ou son amas de galaxies, et cela étouffe la formation d’étoiles. Il chauffe trop le gaz, et pour s’effondrer et former des étoiles, le gaz doit être froid. Une partie essentielle du travail de Garofalo consiste à identifier quand la rétroaction du trou noir entraîne la formation d’étoiles et quand elle étouffe la formation d’étoiles.
Parfois, le disque d’accrétion d’un trou noir est en contre-rotation par rapport au trou noir lui-même à la suite d’une fusion, ce qui affecte la rétroaction et les jets. “La contre-rotation est associée à divers effets relativistes généraux qui maximisent la puissance et la collimation du jet”, écrit Garofalo. “Ce type de jet est canalisé à travers le gaz froid et le pousse dans des états de densités plus élevées, déclenchant ainsi la formation d’étoiles.”
Mais ce disque d’accrétion contrarotatif peut ralentir puis arrêter la rotation du trou noir. Finalement, il s’inverse et l’accélère à nouveau. Lorsque le trou noir est à un spin nul, il cesse de produire des jets et sa rétroaction dans la galaxie ou l’amas de galaxies est bloquée. L’état de spin nul incline également le disque d’accrétion. À ce stade, “le gaz entrant forme un disque qui maintient le moment cinétique du réservoir de gaz de la plus grande galaxie”, explique Garofalo. L’état de spin zéro dure différentes durées selon que la galaxie est pauvre en gaz ou riche en gaz. Elle dure environ huit millions d’années dans un environnement pauvre en gaz.
Mais les choses changent dans un environnement plus dense et plus riche en gaz. “Dans les environnements plus denses, au contraire, la masse du trou noir a tendance à être plus grande, le jet plus puissant et son effet de rétroaction plus important”, explique Garofalo. C’est parce que la façon dont le gaz s’accumule sur le disque change. Il adopte un autre type de flux que dans un environnement clairsemé.
Le flux différent signifie que le trou noir dans l’environnement dense met plus de temps à ralentir de deux ordres de grandeur. Le résultat? “En conséquence, en moyenne, les environnements les plus riches produisent des jets puissants et collimatés qui améliorent la formation d’étoiles sur une échelle de temps d’environ deux ordres de grandeur plus longue que dans des environnements plus isolés”, écrit Garofalo. Finalement, la rotation atteint zéro et les jets cessent. De manière critique, les jets ne réapparaissent que dans l’environnement plus dense.
C’est beaucoup d’informations pour ceux d’entre nous qui ne sont pas astrophysiciens, mais Garofalo clarifie la partie clé pour nous, et cela se résume à des environnements clairsemés ou denses. “La principale différence est la présence d’une rétroaction AGN positive uniquement dans des environnements isolés, tandis que des rétroactions positives, puis négatives, dans des environnements plus riches.” Les jets ne réapparaissent que dans des environnements plus riches ou plus denses, mais ils sont inclinés. Cela signifie qu’ils visent plus directement le gaz de la galaxie et qu’ils peuvent le réchauffer et étouffer la formation d’étoiles.
Dans ce cas, le résultat est moins d’étoiles. Moins d’étoiles signifie moins de planètes, ce qui signifie moins de possibilités de vie avancée. Mais l’effet s’étend au-delà des taux de formation d’étoiles et de planètes. Étant donné que le gaz de la galaxie est chauffé, il peut émettre un halo de rayons X qui imprègne la galaxie et affecte la chimie des planètes, ce qui peut inhiber leur habitabilité.
C’est une mauvaise nouvelle pour la vie avancée dans les galaxies et les amas de galaxies plus denses en gaz. Même s’il y a plus de gaz, la substance qui donne naissance aux étoiles, le gaz est surchauffé, étouffant la formation d’étoiles.
Mais qu’en est-il des galaxies et des amas pauvres en gaz ?
“Dans des environnements plus isolés, en revanche, les étoiles évoluent vers la séquence principale sans être perturbées par la rétroaction AGN”, résume Garofalo. C’est également essentiel parce que nous ne parlons pas seulement de l’apparition de la vie, qui peut s’être produite sur Terre en seulement quelques centaines de millions d’années. Nous parlons d’une vie avancée comme nous, qui a mis 4,5 milliards d’années à apparaître sur Terre. Les étoiles de la séquence principale sont les étoiles les plus durables et les plus stables, et il est beaucoup plus probable qu’une vie avancée puisse survenir autour des étoiles de la séquence principale que d’autres étoiles.
Tenant compte de tout cela, Garofalo recadre l’équation de Drake pour inclure la rétroaction du trou noir. “Il nous indique où dans l’Univers la chance de détecter une vie avancée est la plus grande. La réponse se trouve dans des environnements de terrain isolés », explique-t-il.
Mais où la vie avancée peut surgir n’est qu’une partie de celle-ci. Garofalo voulait savoir quand c’était le plus probable. Tout remonte aux fusions initiales de trous noirs qui produisent des trous noirs accrétables en contre-rotation. “Les trous noirs d’accrétion contrarotatifs sont le produit de fusions, et la fonction de fusion connaît son apogée à un décalage vers le rouge de 2”, écrit-il. Un décalage vers le rouge de 2 était il y a environ 11 milliards d’années, alors que l’Univers avait 2,8 milliards d’années.
“Il s’agit donc du décalage vers le rouge correspondant au moment où le plus grand nombre de galaxies de champ isolées ont connu une fusion qui a conduit à l’écoulement de gaz froid dans le noyau de la galaxie nouvellement formée et à s’installer en contre-rotation autour du trou noir nouvellement formé”, conclut Garofalo.
C’est l’âge où AGN et leurs jets apparaissent. Ils ont déclenché la formation d’étoiles et la formation de planètes. La Terre s’est formée il y a 4,5 milliards d’années, et nous, la vie avancée capable de communication interstellaire, venons tout juste d’apparaître. Donc, en nous prenant comme référence, c’est environ 4,5 milliards d’années après les bons trous noirs dans les bonnes galaxies que la vie avancée peut apparaître. Garofalo l’arrondit à 5 milliards d’années. “Ainsi, nous supposons une valeur fiduciaire de 5 milliards d’années, ce qui nous amène à 7,8 milliards d’années après le Big Bang, soit il y a 6 milliards d’années.”
À ce stade, un lecteur avisé pourrait s’interroger sur la métallicité. La métallicité était plus faible il y a 6 milliards d’années, donc cela n’aurait-il pas affecté les types de planètes qui se forment et siou non la vie avancée pourrait-elle surgir sur eux ?
Pas nécessairement.
Garofalo souligne que les galaxies où les AGN critiques sont les plus susceptibles d’exister sont des galaxies elliptiques isolées. Mais ce ne sont pas les vieilles galaxies elliptiques rouges et mortes. Ceux dont parle Garofalo sont différents. Au lieu de cela, “ces galaxies elliptiques isolées ne devraient pas abriter de faibles métallicités car elles sont déclenchées par l’AGN par des fusions avec du gaz froid abondant, peut-être d’une galaxie en forme de disque”, explique-t-il. Les anciennes galaxies elliptiques rouges et mortes sont également connues pour être peuplées d’étoiles plus anciennes et dominées par des naines M ou des naines rouges dont les zones habitables sont “plus proches de l’étoile et soumises à des éruptions stellaires et à une rotation verrouillée par les marées, qui agissent contre le développement de la vie”. », écrit Garofalo. Mais le sous-ensemble de galaxies elliptiques dont il parle n’est pas dominé par les naines rouges.
Donc là nous l’avons. Si Garofalo a raison, alors nous devons repenser SETI. “Compte tenu des heures et des lieux identifiés pour les ETI dans ce travail, nous nous attendons à ce que les recherches SETI exigent que les signaux proviennent des civilisations Kardashev de type III”, écrit-il dans sa conclusion. Une civilisation Kardashev Type III est une civilisation capable d’accéder à toute l’énergie émise par sa galaxie.
Selon les travaux de Garofalo, l’humanité est en effet en retard à la fête. “Dans la mesure où nous pourrons un jour parler d’une ère de pointe pour l’émergence de la vie technologiquement avancée dans l’Univers, notre exploration simplifiée de l’émergence de la vie dans le contexte de la rétroaction AGN indique qu’une telle époque est dans le passé”, a-t-il déclaré. conclut. “Nous, sur la planète Terre, sommes donc des retardataires.”
Nous sommes peut-être en retard, mais nous ne sommes pas nécessairement seuls. D’autres fêtards viennent peut-être d’arriver. Nous sommes ici, il est donc possible que d’autres le soient.
Quand il s’agit de communiquer avec une autre civilisation avancée, c’est une question ouverte. Mais regarde-nous. La vie avancée est encore en train d’émerger. Peut-être que deux civilisations se contacteront un jour.
Pour que cela se produise, nous devons savoir où diriger nos efforts dans ce vaste univers. Si ce travail tient le coup, il pourrait aider à faire avancer la recherche d’intelligences extra-terrestres en nous montrant où chercher.
Et où ne pas le faire.
