Une vue d’artiste depuis les environs d’une des trois planètes en orbite autour de l'étoile Trappist-1, une naine rouge très froide située à seulement 40 années-lumière de la Terre. Ce sont les premières planètes découvertes autour d’une telle étoile si petite et si peu lumineuse. Sur l'image, l’une des planètes internes passe devant le disque de sa petite et peu lumineuse étoile. © ESO, M. Kornmesser

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Hubble commence à analyser les atmosphères de possibles exoterres

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Le télescope Hubble avait déjà permis d'étudier la composition chimique d'atmosphères d'exoplanètes, mais seulement de géantes gazeuses et de superterres. Grande première : des astrophysiciens ont pu l'utiliser pour caractériser, partiellement, des atmosphères de petites planètes rocheuses, de la taille de la Terre. Une réussite de bon augure avant la mise en service de télescopes plus puissants encore.

Le 25 juillet 2016, l'Encyclopédie des planètes extrasolaires, site créé par l'astronome français Jean Schneider, affichait 3.477 exoplanètes confirmées. Ce chiffre témoigne de l'insistance avec laquelle l'humanité est partie scientifiquement en quête de ses origines et cherche à savoir si elle est seule dans l'univers observable. Les astrophysiciens travaillant dans le domaine de l'exobiologie cherchent à déterminer au moins s'il existe de la vie ailleurs et, si possible, si cette vie a atteint le stade de l'intelligence, fût-elle sous la forme de super IA. Sous ce dernier aspect, ce sont des technosignatures qui sont recherchées, comme par exemple sous forme de sphères de Dyson.

Sous le second aspect, celui qui se limite à la vie, il faut traquer des biosignatures dans la composition des atmosphères d'exoplanètes rocheuses de tailles comparables à la Terre et, surtout, dans la zone d'habitabilité autour d'une étoile. Typiquement, la présence combinée d'importantes quantités d'oxygène, d'ozone, de vapeur d'eau et de méthane serait un indice convaincant d'une activité chimique qui ne pourrait être abiotique. Une seule de ces signatures ne prouverait rien car elle pourrait être due à la chimie de la planète et pas à des organismes vivants.

Les biosignatures sont plus faciles à détecter près d'étoiles ultrafroides

Mais pour détecter ces biosignatures, il faudra attendre la mise en service d'une nouvelle génération de télescopes, comme l'E-ELT de l'ESO, au sol, et le télescope spatial James Webb qui devrait être lancé en octobre 2018. Cela n'empêche pas les astrobiologistes de chercher des étoiles entourées d'un cortège planétaire où les chances de détecter des biosignatures sont les plus élevées.

À cet égard, des étoiles ultrafroides proches du Soleil dans la Voie lactée sont prometteuses. Ce sont des naines rouges très peu massives, et de ce fait très peu lumineuses, qui représentent environ 18 % des étoiles proches du Soleil, soit un nombre probable de plusieurs centaines. Leur luminosité étant très faible, de l'eau liquide ne peut exister que sur des exoplanètes très proches d'elles. Leurs périodes orbitales devraient être courtes, ce qui permet de les détecter rapidement par la méthode des transits planétaires. Comme ces étoiles sont bien moins lumineuses que le Soleil, il est en théorie plus facile d'analyser la composition des atmosphères d'exoterres potentielles lors d'un transit. Dans ce cas, en effet, les astrophysiciens étudient le spectre d'absorption de la lumière de l'étoile qui a traversé l'atmosphère d'une ce de ces planètes. Avec des étoiles plus massives et plus lumineuses, cette lumière est trop noyée dans celle de l'astre.

Cette carte montre les étoiles visibles à l’œil nu dans un ciel bien pur dans la très étendue constellation du Verseau. Le cercle rouge indique la position de la faible et très rouge étoile naine extrêmement froide Trappist-1. Bien qu’elle soit proche du Soleil (40 années-lumière), elle est très peu lumineuse et n’est pas visible avec de petits télescopes. © ESO, IAU, Sky & Telescop

Les premières analyses d'atmosphères autour d'exoterres ?

Or, justement, le 2 mai 2016, un groupe de chercheurs utilisant un télescope nommé Trappist (pour TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), et géré par l'université de Liège, en Belgique, a annoncé avoir trouvé des exoplanètes rocheuses dans la zone d'habitabilité autour d'une étoile ultrafroide, Trappist 1, à 40 années-lumière de la Terre dans la constellation du Verseau. Baptisées Trappist-1b et Trappist-1c, deux de ces exoplanètes étaient présentées comme les meilleurs cibles découvertes à ce jour pour tenter dans un avenir proche de détecter des biosignatures.

Deux jours plus tard, les astrophysiciens ont obtenu le droit d'utiliser du temps d'observation du télescope Hubble pour surprendre deux transits simultanés de ces exoplanètes afin de mieux déterminer les caractéristiques des astres. S'agissait-il bien de planètes rocheuses, comme le laissaient supposer leurs tailles, comparables à celle de la Terre ou Vénus, ou bien possédaient-elles une importante enveloppe gazeuse, peu propice à une vie du même type que la nôtre ?

Comme ils l'expliquent dans un article disponible sur arXiv, les spectres obtenus lors des deux transits montraient peu de différences dans une bande de longueurs d'onde, c'est-à-dire que les creux dans la courbe de lumière de l'étoile Trappist 1 causés par l'interposition entre cette étoile et nous des deux exoplanètes ne changeaient presque pas de forme ni de profondeur selon la longueur d'onde de la lumière mesurée. Cela n'aurait pas été le cas avec un petit noyau rocheux entouré d'une vaste atmosphère. Il se confirmait donc bien que Trappist-1b et Trappist-1c sont d'authentiques planètes telluriques comme le sont Vénus, la Terre et Mars. On a pu exclure également une atmosphère dominée par l'hydrogène.

Les masses des exoplanètes Trappist 1b et Trappist 1c étant inconnues, on ne peut rien savoir de leurs atmosphère avec la seule connaissance de leurs tailles. Mais grâce aux observations de Hubble, les premières concernant les caractéristiques des atmosphères de planètes rocheuses de la taille de la Terre, la situation est en train de changer. Cette vidéo nous explique ce qui a été fait à ce sujet par des astrophysiciens. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard

La question de la composition chimique de ces atmosphères reste cependant en suspens. Or y répondre est essentiel pour savoir si ces planètes sont des environnements favorables à la vie. Même si elles se situent bien dans la zone d'habitabilité de leur étoile, ces exoplanètes pourraient être aussi infernales que Vénus si leurs atmosphères sont constituées, comme celle de l'étoile du Berger, de gaz carbonique conduisant à un puissant effet de serre. On ne connaît pas non plus l'effet du rayonnement de ces étoiles sur ces atmosphères. Dans le cas de Mars, celui du Soleil a conduit à une érosion de son atmosphère qui est devenue très ténue.

Il y a probablement une autre raison d'être prudent, bien que pas pessimiste, quant à la présence d'une forme de vie sur Trappist-1b et Trappist-1c. Ces deux corps, en effet, sont si proches de leur soleil qu'ils sont en rotation synchrone, présentant donc toujours une même face à Trappist 1.

Mais la chasse aux exoTerres autour des étoiles ultrafroides n'en est qu'à ces débuts. Les années 2020 pourraient bien être révolutionnaires dans le domaine de l'exobiologie.

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.