Même s’il y a de la vie sur TRAPPIST-1, nous ne pouvons probablement pas la détecter

Si jamais nous trouvons de la vie sur d’autres mondes, il est peu probable que ce soit un puissant message venant de l’espace. Il est certainement possible qu’une civilisation extraterrestre nous envoie spécifiquement un message radio comme une scène hors de Contact, mais le scénario le plus probable est que nous observions une sorte de signature biologique dans l’atmosphère d’une exoplanète, comme l’oxygène ou la chlorophylle. Mais comme le montre une étude récente, cela pourrait être plus difficile que nous ne le pensions.

Il y a lieu d’espérer. Nous sommes déjà capables d’imager directement certaines exoplanètes et avons détecté des molécules comme l’eau dans leur atmosphère. Cependant, les planètes que nous avons observées directement sont toutes des géantes gazeuses. Nous ne pouvons pas encore imaginer des planètes de la taille de la Terre dans la zone habitable d’une étoile, mais il existe une astuce que nous pouvons utiliser pour étudier leurs atmosphères.

Le scintillement de Trappist-1 révèle des exoplanètes. Crédit : NASA/Kepler/K2

La plupart des planètes que nous avons découvertes sont trouvées par la méthode du transit, où la planète passe devant une étoile, ce qui fait légèrement baisser la luminosité observée de l’étoile. Mais pendant que la planète est devant l’étoile, une partie de la lumière des étoiles traversera l’atmosphère de la planète avant de nous atteindre. En observant le spectre de l’étoile lors d’un transit planétaire, nous pouvons mesurer la lumière absorbée par l’atmosphère. A partir des raies d’absorption, on peut déterminer la composition de l’atmosphère de la planète.

C’est un petit effet, mais est-il assez grand pour être utile aux astronomes ? C’est la question à laquelle cette nouvelle étude voulait répondre. Pour les observatoires actuels, la réponse est clairement non. L’équipe s’est donc concentrée sur des simulations de télescopes qui seront mis en service dans un avenir relativement proche. Ces télescopes extrêmement grands auront des miroirs de 10 mètres ou plus, peut-être aussi grands que 50 à 100 mètres. Et alors que ces télescopes devraient être capables de détecter toutes sortes de molécules dans l’atmosphère d’une planète, l’équipe s’est concentrée sur l’oxygène. L’oxygène est instable dans une atmosphère parce qu’il réagit très fortement avec d’autres matériaux. Sur Terre, l’oxygène atmosphérique est renouvelé par les êtres vivants. Si nous détectons de l’oxygène dans l’atmosphère d’une exoplanète, c’est un bon indicateur que la vie pourrait s’y trouver.

La chronologie de l’observation de l’oxygène dans les exoplanètes proches. Crédit : Hardegree-Ullman, et al

La bonne nouvelle est que ces futurs grands télescopes seraient capables d’observer l’oxygène dans une atmosphère exoplanétaire. L’atmosphère devrait être raisonnablement transparente et épaisse, mais c’est possible. La mauvaise nouvelle est que les astronomes auront beaucoup de temps à filtrer le signal du bruit. Même ces grands télescopes ne capteront que quelques pixels de lumière d’une étoile, et les observations atmosphériques ne peuvent avoir lieu que pendant le transit de la planète. Cela signifie que pour trouver le signal dans le bruit, les astronomes devront observer plusieurs transits. Peut-être des centaines d’entre eux.

À titre d’exemple, l’équipe a examiné un système planétaire connu sous le nom de Trappist-1. Il se trouve à environ 40 années-lumière et compte 7 planètes qui sont à peu près de la taille de la Terre. Quatre d’entre eux orbitent dans la zone habitable de l’étoile. Trappist-1 étant une étoile naine rouge, la zone habitable est assez proche de l’étoile, et les mondes potentiellement habitables ont des périodes orbitales comprises entre 4 et 12 jours. Si nous supposons que ces planètes ont des atmosphères similaires à celle de la Terre, avec beaucoup d’oxygène libre, il faudrait des milliers de transits pour obtenir un résultat positif. L’équipe a examiné un seuil de certitude de 3 sigma et a découvert qu’il faudrait entre 16 et 55 ans d’observations pour confirmer l’oxygène atmosphérique, et cela en utilisant des télescopes qui n’ont pas encore été construits.

La bonne nouvelle est qu’avec le temps, nous devrions pouvoir découvrir la vie sur d’autres mondes. La mauvaise nouvelle, c’est qu’il va falloir être très patient.

Référence: Hardegree-Ullman, Kevin K., et al. “Bioverse : une évaluation complète des capacités des télescopes extrêmement grands à sonder l’O semblable à la Terre2 Niveaux dans les exoplanètes de la zone habitable en transit à proximité. prépublication arXiv arXiv:2304.12490 (2023).

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