Dans la chasse aux mondes habitables autour d’autres étoiles, les atmosphères planétaires offrent des endroits fertiles à regarder. Mais, comme l’a découvert un groupe de scientifiques de l’Institut Max-Planck d’études du système solaire en Allemagne, les astronomes devraient peut-être également se concentrer sur la métallicité d’une étoile. C’est parce qu’il semble y avoir un lien direct entre leur métallicité, la quantité de rayonnement UV qu’ils émettent et les atmosphères des planètes rocheuses qui les orbitent. Il s’avère que les étoiles pauvres en métaux offrent de meilleures conditions de vie sur leurs planètes que les étoiles riches en métaux.
Qu’est-ce qui a amené l’équipe scientifique à établir ce lien ? Tout a commencé il y a quelques années par une étude comparant les variations de luminosité du Soleil à celles de nombreuses autres étoiles de type similaire. Certaines de ces étoiles ont montré une intensité énorme plus forte que celle du Soleil. “Nous avons vu d’énormes pics d’intensité”, explique le Dr Alexander Shapiro, qui a participé à ce travail. “Il est donc tout à fait possible que le Soleil soit lui aussi capable de tels pics d’intensité. Dans ce cas, l’intensité de la lumière ultraviolette augmenterait également de façon spectaculaire.
Cela a soulevé la question de savoir ce que ces énormes explosions pourraient signifier pour la vie sur Terre. Et, si ces pics se produisaient ailleurs, comment cela pourrait-il affecter les chances de vie sur d’autres mondes ? De plus, quel rôle joue le rayonnement ultraviolet ? Ainsi, les chercheurs ont fait une autre étude. Cette fois, ils ont examiné le flux UV d’autres étoiles et les ont comparés à notre propre étoile et à ses effets sur notre planète. « Dans la chimie atmosphérique de la Terre, le rayonnement ultraviolet du Soleil joue un double rôle », a expliqué la Dre Anna Shapiro, dont les recherches antérieures portaient sur l’influence du rayonnement solaire sur l’atmosphère terrestre. Dans ses interactions avec l’atmosphère de notre planète, il a contribué à épaissir la couche d’ozone protectrice.
Rayonnement UV, ozone et atmosphères planétaires
Comment cet épaississement se produit-il? Les réactions entre différents types de rayonnement UV et des atomes d’oxygène individuels et des molécules d’oxygène créent et détruisent l’ozone. Alors que le rayonnement UV-B à ondes longues détruit l’ozone, le rayonnement UV-C à ondes courtes aide à créer de l’ozone protecteur dans l’atmosphère moyenne d’une planète. “Il était donc raisonnable de supposer que la lumière ultraviolette pourrait également avoir une influence tout aussi complexe sur les atmosphères des exoplanètes”, a-t-elle déclaré. Les longueurs d’onde précises jouent un rôle crucial et les astronomes ont donc calculé exactement celles qui composent les UV émis par les étoiles.
C’est là que la métallicité d’une étoile entre en jeu. Considérez la métallicité comme le rapport de l’hydrogène dans une étoile par rapport à d’autres éléments «lourds» tels que l’oxygène, le carbone et le fer. Les étoiles à faible métallicité ont généralement plus d’hydrogène qu’autre chose. Les étoiles à haute métallicité (comme celle appelée HD 222925) peuvent avoir beaucoup plus d’éléments lourds. Les scientifiques de Max Planck ont comparé des étoiles comme le Soleil avec d’autres ayant une teneur en métal inférieure ou supérieure à notre étoile. Ils ont créé des simulations pour étudier la variété des conditions sur les exoplanètes qui pourraient exister autour de tous les types d’étoiles.
En particulier, ils voulaient estimer l’effet du rayonnement UV sur des atmosphères hypothétiques. Ils ont également examiné l’histoire de l’atmosphère terrestre, en particulier au cours du dernier demi-milliard d’années. C’est la haute teneur en oxygène atmosphérique et la couche d’ozone ont été établies. Ceux-ci ont permis l’évolution de la vie terrestre sur notre planète. “Il est possible que l’histoire de la Terre et de son atmosphère contienne des indices sur l’évolution de la vie qui pourraient également s’appliquer aux exoplanètes”, a déclaré Jos Lelieveld, directeur général de l’Institut Max Planck de chimie, qui a participé à l’étude.
Lier la métallicité au rayonnement UV… et la vie dans le futur
Après toutes les comparaisons et simulations, l’équipe scientifique a été surprise de constater que les étoiles pauvres en métaux émettent plus de rayonnement UV que les étoiles riches en métaux. En fait, dans les étoiles pauvres en métaux, le rayonnement UV-C est plus fort. Il permet la création de couches d’ozone plus denses sur leurs planètes. “Contrairement aux attentes, les étoiles pauvres en métaux devraient donc offrir des conditions plus favorables à l’émergence de la vie”, déclare Anna Shapiro.
Cela devient encore plus étrange à mesure que l’Univers vieillit. Comme il le fait, il va devenir plus hostile à la vie. À mesure que de plus en plus d’étoiles riches en métaux se forment, les chances d’habitabilité de leurs planètes diminuent. “Les étoiles de l’univers deviennent de plus en plus riches en métaux à chaque génération”, a déclaré Shapiro. Il est possible d’imaginer une époque dans un avenir très lointain où les étoiles principalement riches en métaux prédominent. Ils sont fabriqués à partir des restes d’étoiles plus anciennes qui ont propulsé leurs éléments dans l’espace. Il est impossible de dire que la vie ne sera tout simplement pas faite. Cependant, il semble que les chances pour les planètes habitables soient certainement moindres qu’elles ne le sont actuellement.
Pour l’instant, cependant, l’idée d’utiliser la métallicité stellaire comme sonde pour les planètes porteuses de vie est bonne. Cela aidera les astronomes à parcourir de nombreuses étoiles différentes pour rechercher des signes d’exoplanètes habitables autour d’eux.
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