L'exoplanète Kepler-438b (représentée ici dans une vue d'artiste) ressemble beaucoup à la Terre mais elle tourne, à faible distance, autour d'une naine rouge paraissant assez colérique. La vie est-elle possible tout près de ces petites étoiles, largement majoritaires ? Des modèles climatiques répondent oui, mais à certaines conditions. © Mark A. Garlick, university of Warwick

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Autour d'une naine rouge, l'atmosphère pourrait rendre la vie possible

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Nombreuses, les étoiles de type M, des naines rouges, sont de bonnes candidates pour chercher une vie extraterrestre. Mais leur zone d'habitatilité est si petite qu'une planète qui s'y trouve doit être « verrouillée » par les forces de marée, avec une face toujours exposée à l'étoile et l'autre éternellement dans la nuit. Quels climats peut-on attendre de telles conditions ? Cela dépend de l'atmosphère, nous explique Ludmila Carone qui, avec ses collègues de l'université KU Leuven, en Belgique, démontrent que la vie pourrait s'y maintenir quand se met en place un mécanisme d'air conditionné... Les futurs grands télescopes pourront repérer ce genre de situation.

La recherche de planètes habitables, voire habitées, n'est pas une mince affaire. Depuis la découverte de la première exoplanète, 51 Pegasi b en 1995, 3.476 exoplanètes sont officiellement recensées à ce jour (voir l'Encyclopédie des planètes extrasolaires) mais aucune n'est connue pour être à coup sûr habitable. Pourtant, ce n'est pas faute de chercher.

Dans leur quête d'exoplanètes habitables, des astronomes de l'université KU Leuven, en Belgique, se sont focalisés sur des planètes rocheuses en orbite très rapide — 6 jours au plus — autour de naines rouges de type spectral M, bien plus petites que notre Soleil. Elles intéressent beaucoup les exobiologistes car l'Univers compte bien plus de ces naines rouges que d'étoiles semblables au Soleil. « Ce qui rend probable que les premières exoplanètes habitables soient découvertes autour de l'une d'entre elles », nous explique Ludmila Carone, responsable de l'étude Connecting the dots III: Night side cooling and surface friction affect climates of tidally locked terrestrial planets, par Ludmila Carone, Rony Keppens et Leen Decin, et publiée par MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).

Mais ces planètes, très proches de l'étoile, présentent une particularité qui les rend bien différentes de la Terre : elles sont synchronisées avec leur étoile. Leur rotation sur elle-même s'est verrouillée sur leur orbite. Conséquence, « elles présentent toujours la même face à l'étoile. Elles possèdent un côté "jour" et un côté "nuit" perpétuels ». Pour la vie, la situation est difficile. La température doit être trop élevée sur une face et glaciale sur l'autre. De fait, de nombreuses études ont été consacrées à l'habitabilité des planètes autour des naines rouges et leurs résultats divergent.

Ces figures montrent deux cas possibles pour le vent, la température et la friction entre l'atmosphère et la surface du côté perpétuellement éclairé (eternal dayside) d'une planète 1,45 plus grande que la Terre, et orbitant en un jour autour d'une étoile naine de type M. Les deux figures supérieures montrent le vent et la température dans les couches supérieures de l'atmosphère (upper atmosphere). Les deux figures centrales montrent le vent et la température à la surface de la planète. À gauche, les frictions entre surface et atmosphère sont semblables à celles observées sur Terre. À droite, elles sont dix fois plus importantes. Les deux scénarios ont un impact différent sur le climat planétaire : le climat correspondant au modèle représenté dans les figures de droite est nettement plus viable. © KU Leuven, Ludmila Carone et Leen Decin

Des planètes habitables là où on ne les imagine pas

Ce nouveau travail prend en compte différents systèmes atmosphériques. L'idée de départ est de « démontrer que les interactions entre la surface et l'atmosphère d'une exoplanète ont une influence majeure sur sa température », nous explique Ludmila Carone. Comme l'oxygène, la photosynthèse ou les biosignatures, la température devient donc un « critère important à prendre en compte dans la quête de planètes habitables en dehors de notre Système solaire ».

L'année dernière, l'équipe de Ludmila Carone a démontré que certaines de ces planètes pourraient être habitables, « grâce à leur système de vents agissant comme un "air conditionné" ». Deux des trois modèles proposés utilisent l'atmosphère du côté nocturne pour refroidir la face diurne« Avec la bonne atmosphère et la bonne température, ils permettent à la planète de rester viable. » À l'inverse, à l'équateur de beaucoup de ces planètes rocheuses, un fort courant atmosphérique « interfère avec le transport de l'air chaud vers le côté obscur, empêchant de ce fait le système d'air conditionné de fonctionner de cette manière ». Les températures sont dans ce cas extrêmes et peu propices à la vie telle que nous la connaissons.

Mais, tout récemment, ces chercheurs ont mis en évidence que « les frictions entre les couches atmosphériques basses et la surface sont susceptibles d'empêcher la formation d'un système de vents très forts, de sorte que le mécanisme d'air conditionné peut se mettre en place et rendre la planète habitable ». Cette nouvelle étude montre que l'efficacité du système de refroidissement dépend des interactions entre la surface de la planète et son atmosphère. « Nous avons examiné ces interactions à l'aide de centaines de modèles informatiques dans lesquels les interactions entre l'atmosphère et la surface sont semblables à celles connues sur Terre, et d'autres dans lesquels elles sont jusqu'à dix fois plus importantes. Dans ce dernier cas, les exoplanètes conservent un climat plus habitable. » Dans la situation idéale, l'air froid est transporté de la face nocturne vers l'autre face, où l'étoile le réchauffe.

La viabilité d'une exoplanète pourrait être détectée depuis la Terre

Maintenant qu'il est possible de déterminer, en théorie, l'habitabilité d'une de ces exoplanètes, se pose la question de savoir si elles sont effectivement habitables. Depuis la Terre ou l'espace, il sera toujours très difficile, voire impossible d'observer la surface d'une de ces planètes. Pour s'affranchir de cette contrainte forte, Ludmila Carone pense qu'il « est plus facile d'observer les couches supérieures atmosphériques d'une petite exoplanète ». Et comme le montrent ses travaux, on peut en apprendre beaucoup sur la surface de ces planètes. Concrètement, si, dans un futur proche, avec le télescope James Webb par exemple, dont le lancement est prévu en 2018, « nous parvenons à observer un système de vents et la bonne température dans les couches supérieures de l'atmosphère d'une petite planète, il sera possible de dire si cette planète est habitable ou pas ».

Mieux encore, à partir de ces données, il sera possible d'obtenir des informations sur la géologie de la planète en question. Si la friction est très efficace, « cela pourrait signifier la présence de grandes montagnes, ce qui impliquerait la présence d'une tectonique des plaques par exemple », un indice fort de l'habitabilité d'une planète. Sur Terre, on pense que cette tectonique a joué un rôle important dans le développement et le maintien de la vie.

Quant à savoir si une forme de vie primitive a pu émerger sur une de ces planètes, c'est une autre histoire....

La vie pourrait fleurir autour d'étoiles naines ultra-foides  Les scientifiques de l’Observatoire européen austral (ESO) utilisent leurs télescopes pour observer les exoplanètes. Ils pensent que le meilleur endroit pour trouver la vie serait autour de naines ultra-froides, des étoiles dont la température est inférieure à 2.700 kelvins. Ils nous en disent plus au cours de ce nouvel épisode d’Esocast.