“De nouveaux lieux de vie dans l’espace”

Toutes les planètes de l’univers ne tournent pas autour d’une étoile : il existe un nombre surprenant de planètes qui se déplacent librement dans l’espace avec leurs lunes. Les chercheurs soupçonnent même que les conditions nécessaires à la vie pourraient également exister dans de tels systèmes, même si la chaleur d’une étoile fait défaut. Grâce à des simulations, les astronomes ont désormais analysé en détail les conditions de vie sur les lunes de planètes volant librement, semblables à Jupiter. Dans une interview accordée au Welt der Physik, Barbara Ercolano de l’Université Ludwig Maximilians de Munich indique si les conditions sont réunies pour que l’eau existe sous forme liquide.

Monde de la physique : quelle est la condition préalable à la vie sur d’autres corps célestes ?

Barbara Ercolano : Nous partons du principe que l’eau doit exister sous forme liquide, car la vapeur d’eau ou la glace ne sont pas utiles au développement de la vie. Lorsque l’on recherche la vie sur d’autres corps célestes, la première chose à vérifier est la température de surface. Pour les planètes en orbite autour d’étoiles, cela est bien sûr étroitement lié à la distance à l’étoile centrale, car c’est de là que provient l’essentiel de la chaleur. Avec les planètes en vol libre et leurs lunes, les choses sont un peu différentes. Là, la chaleur ne vient pas d’une étoile centrale, mais du frottement des marées, par exemple. Même ainsi, il peut y avoir une température de surface suffisante pour permettre théoriquement la vie.

Comment se forment les planètes en vol libre ?

Il existe diverses théories à ce sujet. Il est très probable qu’il s’agisse de planètes qui, comme d’autres planètes, se sont également formées dans le disque protoplanétaire d’une étoile. Mais lorsque trop de planètes se forment dans un système stellaire, elles se gênent mutuellement. L’interaction dynamique entre elles signifie que certaines planètes ne peuvent pas trouver une orbite stable autour de l’étoile. Ils sont ensuite simplement catapultés hors du système – cela peut arriver aux petites et grandes planètes.

Combien y a-t-il de planètes en vol libre ?

Quelques centaines de planètes en vol libre ont été observées jusqu’à présent. Mais cela ne semble pas grand-chose. Mais il faut savoir qu’ils sont beaucoup plus difficiles à trouver car on ne peut pas les chercher autour des étoiles, comme c’est habituellement le cas. Les planètes volant librement pourraient donc se trouver n’importe où. On les trouve généralement par lentille gravitationnelle : s’il y a une planète en vol libre entre nous et une étoile que nous observons, vous le remarquerez grâce au trajet de la lumière. En raison de leur masse, les planètes courbent l’espace et modifient ainsi la trajectoire de la lumière. La meilleure façon de trouver des planètes en vol libre est donc le hasard. Cependant, à l’aide de modèles statistiques, nous pouvons extrapoler le nombre de planètes volant librement dans l’univers dans son ensemble. Nous pensons qu’il y a environ deux fois plus de planètes volant librement que d’étoiles dans l’espace, c’est donc beaucoup.

Alors, comment avez-vous vérifié que les lunes des planètes en vol libre sont des sites potentiels pour la vie ?

Pour cela, nous avons d’abord essayé de déterminer la température de surface de ces exomondes. Dans notre étude, nous nous sommes concentrés sur des planètes de la taille de Jupiter, avec des lunes de la taille de la Terre. Pour de tels systèmes, nous avons d’abord simulé l’éjection du système planétaire à l’aide de modèles informatiques. Cette analyse a révélé que les lunes peuvent survivre à l’événement de sortie si elles sont relativement étroitement liées à leur planète. Cependant, son orbite change au cours du processus : elle devient plus ovale – on dit que l’excentricité de l’orbite augmente. Ainsi, la distance entre la Lune et la planète varie considérablement en fonction de l’endroit où se trouve la Lune sur son orbite. En conséquence, diverses forces de marée agissent entre la Lune et la planète, provoquant le pétrissage et le réchauffement de la Lune. De plus, nous avons pris en compte dans nos simulations que les lunes pouvaient avoir une atmosphère. Dans notre cas, nous avons supposé une atmosphère de dioxyde de carbone pur, similaire à celle de Vénus. L’effet de serre garantit que la chaleur reste en surface. Cela nous a permis d’estimer la température de surface de ces exomonds.

Quelles autres conditions doivent être remplies pour permettre la vie sur un exomond ?

L’excentricité de l’orbite diminue avec le temps en raison du frottement des marées. En conséquence, le réchauffement marémoteur finit par s’arrêter. La question que nous nous sommes donc posée était : où trouve-t-on la bonne température pour l’eau liquide sur les exomondes, et pendant des périodes suffisamment longues pour que la vie puisse évoluer, c’est-à-dire des centaines de millions d’années ? Nous avons découvert que les lunes en orbite proche ont non seulement les meilleures chances de survivre à leur éjection de leur système planétaire, mais qu’elles ont également le réchauffement de marée le plus long.

Quelles conclusions tirez-vous de votre étude ?

Grâce à nos travaux purement théoriques, nous avons identifié de nouveaux lieux dans l’espace où sont données les conditions de la vie. Nous voulons ainsi inciter la science de l’observation à s’y pencher – par exemple avec le télescope spatial James Webb. Mais il y aura aussi d’autres missions dans les années à venir qui étudieront spécifiquement l’atmosphère des exoplanètes. Nous aimerions leur faire savoir que le potentiel de découverte des lunes des planètes en vol libre est très important.

Sur quoi allez-vous enquêter ensuite ?

Nous souhaitons étendre nos modèles car de petits détails de programmation peuvent avoir un impact important sur les résultats. Nous travaillons par exemple avec des chercheurs capables d’utiliser la géologie d’un corps céleste pour calculer la composition de son atmosphère. Ceci est bien sûr beaucoup plus réaliste que notre hypothèse simplifiée d’une atmosphère de dioxyde de carbone pur. Plus notre modèle devient réaliste, plus nous pouvons donner des indices précis à l’astronomie observationnelle, afin que nous sachions vraiment où chercher.