Décryptage des atmosphères exoplanétaires : des avancées essentielles pour l’exobiologie

Vous trouverez également cela intéressant [EN VIDÉO] Comprendre la mission du télescope spatial James Webb en une minute.« Le télescope spatial James Webb, nouveau fleuron de l’observation spatiale, sera lancé le 18 décembre…La découverte d’une vie ailleurs que dans le Système solaire, en outre technologiquement développée, serait sans aucun doute l’une des plus grandes découvertes scientifiques de tous les temps, avec des implications philosophiques majeures. Il est possible que cela arrive d’ici 2050 en analysant les atmosphères de nombreuses exoplanètes proches du Soleil, ce que l’on peut déjà commencer à faire de façon significative lors de transits planétaires en utilisant le télescope spatial James-Webb (JWST).Toutefois, il nous faut pour cela à terme déterminer des biosignatures possibles, à défaut de technosignatures qui sont d’abord nettement moins ambigües. En effet, il faudrait trouver un ensemble de molécules à détecter dont on serait raisonnablement sûr qu’elles ne peuvent pas être produites par des phénomènes naturels, ou comme dirait des exobiologistes qu’elles ne sont pas abiotiques..Une équipe de chercheurs vient de publier un article dans Astronomie naturelle dont on peut trouver une version en libre accès sur arXiv qui apporte des éléments à cette quête du Graal de la Vie ailleurs.Ce travail concerne indirectement une exoplanète étudiée depuis plus d’une décennie et dont la découverte avait été faite à l’aide de la méthode des vitesses radiales grâce à l’instrument Harps, un spectromètre équipant le télescope de 3,6 mètres de l’QUEQUE au Chili. Les astronomes avaient alors découvert Gliese 1214 b (GJ 1214 b) qui effectue son orbite en 38 heures autour d’une femme rouge située à environ 40 années-lumière de la Terre dans la constellation d’Ophiuchus (le Serpentaire).Elle posséderait un rayon d’environ 2,6 fois celui de la Terre et serait à peu près 6,5 fois plus massive, ce qui la placerait plutôt dans la catégorie des super-Terres mais certains préfèrent parler à son sujet de mini-Neptune. Son étoile hôte possède, comme son nom l’indique le numéro 1214 dans le catalogue Gliese-Jahreiss (du nom des astronomes Wilhelm Gliese et Hartmut Jahreiss) qui tente de lister toutes les étoiles à une distance en deçà de 25 parsecs de la Terre.Une atmosphère planétaire possède une signature spectrale qui représente sa composition chimique, mais également sa composition en nuages et « brouillard ». Grâce à plusieurs techniques, il est possible de déterminer les caractéristiques physico-chimiques de l’atmosphère d’une exoplanète. Parmi ces techniques : le transit spectroscopique, le transit secondaire ou éclipse, l’observation spectroscopique directe de la planète ou encore l’observation de la planète à différentes phases autour de l’étoile afin de mesurer des variations temporelles et saisonnières. Partez à la découverte des exoplanètes à travers notre websérie en 9 épisodes à retrouver sur notre chaîne YouTube. Une playlist proposée par le CEA et l’Université Paris-Saclay dans le cadre du projet de recherche européen H2020 Exoplanets-A. © CEADes spectres par transmission d’atmosphères problématiquesParmi les auteurs de la publication dans Nature, on trouve Sarah Horstprofesseure de sciences de la Terre et des planètes à la célèbre Université Johns Hopkins. Il y a des années déjà, elle avait entrepris avec des collègues, dans un premier temps, de créer des modèles informatiques de diverses atmosphères qui pourraient être possibles sur des super-Terres et de mini-Neptunes dont aucune ne se trouve dans notre Système solaire.Il s’agissait de combiner diverses fractions de dioxyde de carbone, d’hydrogène et d’eau avec de l’hélium, du monoxyde de carbone, du méthane et de l’azote, le tout à différentes températures, et de voir ce qui se passait.Les chercheurs testaient ensuite les prédictions des modèles dans ces atmosphères en laboratoire, faisant circuler ces gaz dans une chambre à plasma pour simuler les interactions avec l’équivalent du vent solaire, ce qui produisait des particules de brume.L’un des buts des expériences actuelles, prolongeant les précédentes et dont il est question aujourd’hui, était d’en apprendre plus sur la façon dont les particules de brume organique impactent les spectres observés par des télescopes comme le JWST.On ne pouvait pas exclure d’une part que les compositions et les propriétés des brumes organiques des exoplanètes pourraient être très distinctes de ce que nous savons pour le Système solaire et d’autre part qu’elles puissent modifier les spectres de transmission d’émission et de lumière réfléchie. Comprendre en quoi est donc essentiel pour interpréter les données spectroscopiques des exoplanètes afin de comprendre leur atmosphère dans le cadre de l’exobiologie. Il y a 6 ans toutefois, Sarah Hörst avait montré que les brumes d’hydrocarbures qui enveloppent Titan, la lune de Saturne pouvaient se former dans des atmosphères de super-Terres et de mini-Neptunes.L’atmosphère de Gliese 1214 b en laboratoire sur TerreAujourd’hui, la chercheuse vient de reproduire des résultats concernant l’atmosphère de Gliese 1214 b après que l’exoplanète a été examinée de plus près par le James-Webb !Le communiqué de l’Université Johns Hopkins contient de nombreux commentaires de la chercheuse et de ses collègues. Sarah Hörst explique ainsi que « l’essentiel est de savoir s’il y a de la vie en dehors du Système solaire, mais pour répondre à ce genre de question, il faut une modélisation très détaillée de tous les types d’exoplanètes, en particulier celles avec beaucoup d’eau. Cela a été un énorme défi parce que nous n’avions tout simplement pas de laboratoire pour le faire, nous essayons donc d’utiliser ces nouvelles techniques pour tirer le meilleur parti des données que nous recueillons avec tous les télescopes grands et sophistiqués ».Les nouvelles expériences ont donc été conduites dans une chambre conçue sur mesure au sein du laboratoire de Hörst. Son coauteur de l’article en ligne, les planétologues Chao He, précise que : « L’eau est la première chose que nous recherchons lorsque nous essayons de voir si une planète est habitable, et il existe déjà des observations passionnantes d’eau dans l’atmosphère d’exoplanètes. Mais nos expériences et notre modélisation suggèrent que ces planètes contiennent très probablement aussi de la brume. Cette brume complique vraiment nos observations, car elle obscurcit notre vision de la chimie atmosphérique et des caractéristiques moléculaires d’une exoplanète ».Les exobiologistes ont donc considéré des mélanges gazeux contenant de la vapeur d’eau qu’ils ont exposés à de la lumière ultraviolette, comme dans les conditions de celle émise par une étoile, afin d’y voir plus clair sur les réactions photochimiques conduisant à la formation des particules organiques solides formant les brumes.Les nouvelles données obtenues correspondent plus précisément aux signatures chimiques observées dans le cas GJ 1214 b que les recherches précédentes, ce qui fait dire à Hörst que « les gens pourront utiliser ces données lorsqu’ils modéliseront des atmosphères pour essayer de comprendre des choses comme la température dans l’atmosphère et à la surface de cette planète, s’il y a des nuages quelle est leur hauteur et de quoi ils sont constitués, ou à quelle vitesse vont les vents. Toutes ces sortes de choses peuvent nous aider à vraiment concentrer notre attention sur des planètes spécifiques et à rendre nos expériences uniques au lieu de simplement exécuter des tests généralisés pour essayer de comprendre la situation dans son ensemble ». in an article which can rank high in google
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