Cette vue d’artiste montre la planète Proxima b en orbite autour de la naine rouge Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Système Solaire. Le système d’étoiles double Alpha Centauri AB figure dans l’angle supérieur droit de l’image, entre la planète et l’étoile Proxima. Proxima b est dotée d’une masse légèrement supérieure à celle de la Terre et décrit une orbite autour de Proxima Centauri au sein même de la zone d’habitabilité de cette étoile. Sa température de surface est ainsi compatible avec la présence d’eau liquide. © M. Kornmesser, ESO

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Proxima b peut-elle être une exoterre habitable ?

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Pour que la réalité ait une chance de rejoindre bon nombre d'œuvres de science-fiction, l'exoplanète Proxima b, récemment découverte, devrait au moins être habitable, à défaut d'être peuplée d'extraterrestres. Plusieurs équipes de chercheurs se sont déjà penchées sur cette question. Voici quelques-unes de leurs conclusions.

Proxima Centauri est une naine rouge mille fois moins lumineuse que notre Soleil, avec une masse qui ne représente que 12 % de celle de notre étoile. Les astrophysiciens de l'ESO, membres de l'équipe Pale Red Dot, ont récemment annoncé avoir fait la découverte d'un corps céleste orbitant en à peine plus de 11 jours autour de Proxima Centauri.

Nommé Proxima b, c'est l'exoplanète la plus proche du Système solaire. Une sonde interstellaire pourrait peut-être l'atteindre et nous envoyer des images lors d'un survol de sa surface (quand bien même ce survol se ferait à 20 % de la vitesse de la lumière).

Proxima bse situe dans la zone d'habitabilité de la naine rouge mais peut-on déjà la qualifier d'exoterre?Malheureusement, il est difficile de répondre à cette question pour le moment car cela dépend de plusieurs facteurs. Il existe en effet plusieurs interrogations, comme l'a expliqué sur le site de Pale Red Dot l'astronome Rory Barnes, de l'University of Washington, en reprenant les conclusions auxquelles lui et ses collègues sont arrivés dans un article disponible sur arXiv.

Une vidéo au sujet de Proxima Centauri et de la campagne d'observation menée cette année à son sujet. On peut suivre cette aventure sur le site intitulé Pale Red Dot. © European Southern Observatory (ESO)

La masse et le contenu en eau de Proxima b

  • Quelles sont la masse et la composition de Proxima b ?

La méthode des vitesses radiales a permis la détection de Proxima b mais elle ne donne que la masse minimale d'une exoplanète, dans le cas présent environ 1,3 fois la masse de la Terre. On ne connaît pas son rayon ; elle pourrait donc être plus lourde et moins dense que la Terre, par exemple sous la forme d'une planète océan ou d'une mini-Neptune sous une épaisse atmosphère.

Toutefois, les modèles de la formation planétaire ainsi que les statistiques tirées des nombreuses découvertes d'exoplanètes réalisées avec Kepler peuvent nous aider à mieux comprendre Proxima b. Ils laissent ainsi penser qu'en dessous d'une zone floue comprise entre 5 et 10 fois la masse de la Terre, nous serions en présence d'une authentique planète rocheuse ; il s'agirait d'une géante gazeuse au-delà. Or, les calculs montrent que seulement 5 % des orbites possibles pour Proxima b autorisent une masse supérieure à cinq fois celle de la Terre. Proxima b n'est donc très probablement pas une géante gazeuse. Il faudrait par ailleurs que sa masse soit inférieure à deux fois celle de la Terre pour pouvoir être une exoterre.

  • Proxima b peut-elle contenir assez d'eau pour que la vie y soit possible ?

Pour ressembler à la Terre, Proxima b se doit de posséder suffisamment d'eau. Son contenu en ce précieux élément pour la vie dépend en premier lieu de la façon dont la planète s'est formée. Or, nous savons maintenant, après la découverte de l'importance des migrations planétaires, que l'on ne peut pas se fier à la distance observée aujourd'hui entre une exoplanète et son étoile pour en inférer qu'elle s'est bien formée sur cette orbite ou en déduire sa composition.

Dans le cadre d'un modèle simple de la formation planétaire, les planètes sont d'autant plus riches en eau qu'elles se sont formées loin de leurs étoiles hôtes dans le disque protoplanétaire initial. La température y décroissant avec l'augmentation de cette distance, des corps glacés, donc riches en eau, ne peuvent se former qu'à une distance suffisamment grande, au-delà de la fameuse ligne des glaces, là où beaucoup de particules enrobées de glace peuvent naître. C'est aussi pour cette raison que les géantes gazeuses existent au-delà de cette ligne et les planètes rocheuses en deçà, là où ne peuvent se condenser que des particules silicatées.

Ce tableau simple est notamment brouillé par le phénomène de migration planétaire ainsi que les perturbations gravitationnelles qui les accompagnent. Il en résulte que des petits corps qui se sont formés dans des régions différentes peuvent ensuite voir leurs orbites changer profondément pour finir par entrer en collision lors du processus d'accrétion chaotique du début de l'histoire de la formation d'un système planétaire.

Il n'est donc pas simple d'évaluer le contenu en eau d'une exoplanète rocheuse. On peut même considérer que certaines superterres découvertes étaient des noyaux rocheux couverts de glace d'anciennes géantes gazeuses ayant perdu leur atmosphère et une partie de leur eau en migrant pour devenir proche de leurs étoiles.

Une comparaison entre deux couchers de soleil : sur la gauche, la Terre et à droite, Proxima b, dans l'hypothèse où l'exoplanète serait bien habitable avec des océans. © PHL, @ UPR Arecibo.

L'eau peut-elle être sous forme liquide sur Proxima b ?

  • Peut-il vraiment exister des océans sur Proxima b ?

Pour que Proxima b intéresse les exobiologistes, il ne suffit pas qu'elle contienne suffisamment d'eau, il faut aussi que celle-ci soit sous forme liquide, et donc que l'exoplanète soit dans sa zone d'habitabilité. Là, le tableau se complique un peu. C'est certainement le cas aujourd'hui mais depuis quand ?

La composition chimique des atmosphères stellaires d'Alpha et Proxima Centauri (qui forment un système d'étoiles triple) a été étudiée. Ces atmosphères sont similaires entre elles mais différentes de celle du Soleil. Or, la Voie lactée n'est pas homogène chimiquement. On peut donc en déduire que le nuage moléculaire où sont nées ces étoiles devait se trouver dans une région située à seulement 15.000 années-lumière du centre de notre galaxie. Elles s'en sont ainsi éloignées de 10.000 années-lumière environ, ce qui indique déjà que ce ne sont pas de jeunes étoiles, puisqu'elles ont migré sur une grande distance dans la Voie lactée.

En étudiant l'intérieur d'Alpha Centauri A au moyen de l'astérosismologie, on obtient des données qui, injectées dans la théorie de la structure et de l'évolution stellaire, nous permettent d'évaluer plus précisément son âge, et donc ceux, probables, d'Alpha Centauri B et Proxima Centauri. On trouve qu'il est de 3,5 à 6 milliards d'années. C'est assez pour que la vie apparaisse et évolue (pour ce que l'on en sait sur la Terre) mais cet âge a un revers.

La naine rouge Proxima b devait être plus brillante qu'aujourd'hui. Le bord interne de sa zone d'habitabilité n'a donc fait que se rapprocher de l'étoile au cours du temps. Tous calculs faits, on trouve que, pendant les premiers 250 millions d'années de la vie de Proxima Centauri, si Proxima b était déjà sur une orbite similaire à celle que nous observons, elle serait rapidement devenue victime d'un emballement de l'effet de serre (comme ce fut le cas sur Vénus) et aurait donc perdu toute son eau à cette époque.

Une comparaison de l'aspect de la Terre avec celui de Proxima b, dans l'hypothèse où cette dernière est plutôt désertique, avec quelques mers peu profondes et une masse peu différente de celle de la Terre. © PHL, @ UPR Arecibo, Nasa Epic Team
  • Les conditions de l'apparition de la vie sont-elles réunies sur Proxima b ?

L'existence d'eau liquide en quantité suffisante sur Proxima b est problématique pour d'autres raisons encore. Proxima Centauri est en effetsujette à de violentes éruptions émettant d'importantes quantités de rayons X et ultraviolets (la planète reçoit aujourd'hui 250 fois plus de rayonnements X et 15 fois plus d'extrêmes UV que la Terre).

Vu la distance de Proxima b à son étoile, ce ne sont pas seulement des formes de vie qui sont menacées par ces rayonnements, la vapeur d'eau s'élevant des océans peut être décomposée en molécules d'hydrogène et d'oxygène. Or, la molécule d'H2 peut bien plus facilement partir dans l'espace que la molécule d'O2. Proxima b a donc peut-être perdu une bonne partie de ses océans si elle n'est pas assez massive ou que son atmosphère n'est pas assez épaisse.

Il y a une ironie dans ce phénomène. Proxima Centauri ayant été plus colérique dans sa jeunesse, une partie de l'eau de ses océans a pu être convertie en une atmosphère d'oxygène tandis que l'autre est restée jusqu'à aujourd'hui. Cependant, si l'on se fie aux scénarios de l'origine de la vie sur Terre, plus précisément à ceux qui concernent la chimie prébiotique, du genre de celle de l'expérience de Miller, une atmosphère originellement riche en O2 ne permet probablement pas à la vie d'apparaître.

Heureusement, si Proxima b a commencé sa vie comme une mini-Neptune qui a migré, son atmosphère épaisse du départ pourrait lui avoir permis d'échapper à ce destin. De même, si elle possède un champ magnétique assez puissant, il a pu la protéger de l'équivalent du vent solaire émis par Proxima Centauri, lequel est capable d'éroder l'atmosphère d'une planète et de la dessécher comme c'est arrivé avec Mars.

Quel climat pour Proxima b ?

  • Quid de l'habitabilité de Proxima b si elle est en rotation synchrone ?

L'exoplanète orbite si près de Proxima Centauri qu'elle pourrait bien être en rotation synchrone, présentant toujours la même face à son étoile. On a longtemps cru que cela impliquait que l'eau ne pouvait pas exister à l'état liquide dans ce genre de situation, même si une exoplanète se trouvait dans la zone d'habitabilité. Mais, comme le prouvent des simulations numériques analogues à celles faites pour étudier le climat de la Terre, les courants atmosphériques peuvent, dans certaines configurations, répartir suffisamment la chaleur pour que des régions de la planète soient habitables.

Toutefois, une exoplanète en rotation synchrone peut subir des forces de marée qui vont chauffer son intérieur à la façon de ce qui se produit dans le cas de Io. Un volcanisme intense peut donc en résulter, susceptible de libérer beaucoup de gaz carbonique et de faire de la planète une autre Vénus. Notons aussi que l'amplitude des marées dans d'éventuelles mers sur la planète pourrait être très grande.

De la vie microscopique existe peut-être sur Proxima b mais on a finalement bien des raisons de penser qu'il ne s'agit pas d'une exoterre.

Pour plus de détails sur l'habitabilité et le climat de Proxima b, on pourra consulter les deux articles suivant :

En route vers Proxima b, l'exoplanète habitable la plus proche de nous  Quittez le Système solaire pour rejoindre Proxima b, l’exoplanète habitable découverte autour de Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Soleil.