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Le VLT démontre l'efficacité de la spectropolarimétrie pour l'exobiologie

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Avant d'espérer débusquer la vie sur une exoterreà partir de biosignatures dans son atmosphère, il faut démontrer qu'on sait le faire sur des observations de notre propre planète. C'est ce que vient de faire un groupe d'astronomes de l'ESO en analysant avec le VLT la lumière de la Terre réfléchie par la Lune.

Vénus, en bas à gauche, et la Lune, photographiées au-dessus des coupoles du VLT de l'ESO. © ESO

Dès le début des années 1990, Carl Sagan et ses collègues avaient montré qu'il était possible de trouver des indices de la présence de formes de vie sur une planète au moyen de la composition de son atmosphère. À cette époque, les exobiologistes avaient analysé la lumière émise par la Terre au moyen des instruments de la sonde Galileo.

L'humanité se prépare à faire de même pour les atmosphères d'exoplanètes. À défaut de véritables biosignatures, on a déjà trouvé des traces de certaines molécules dans les atmosphères de planètes qui ne sont pas des exoterres. En effet, dans le cas du transit de géantes gazeuses autour de leur étoile hôte, il est possible, si l'on s'y prend bien, d'analyser la composition de la lumière de l'étoile traversant l'atmosphère de l'exoplanète par simple spectroscopie.

La technique a cependant des limites. La première est qu'il n'est pas facile d'extraire de l'information dans un flux de photons largement dominé par ceux émis directement par l'étoile, surtout lorsqu'on veut analyser l'atmosphère d'une exoterre. La seconde est qu'il faut attendre un transit, ce qui n'est guère fréquent, d'autant plus pour une exoterre dans la zone d'habitabilité autour d'une étoile de type G2 comme le Soleil.

Il existe cependant une parade : la spectropolarimétrie.

Il a été possible d'analyser par spectroscopie l'atmosphère de l'exoplanète HD 189733 b lors de son transit. Comme le montre ce schéma, la luminosité de l'étoile baisse légèrement (plateau A sur la courbe en bas à gauche) à l'occasion de ce transit. L'analyse du spectre de la lumière passant dans l'atmosphère a révélé la présence de molécule d'eau, de gaz carbonique (CO2) et de méthane (CH4). © Nasa/JPL-Caltech

La lumière émise par une étoile n'est pas polarisée. C'est-à-dire que les oscillations des vecteurs champs électriques dans le plan perpendiculaire à la propagation des ondes lumineuses quittant la surface de l'étoile se font dans des directions aléatoires. Il n'en est pas de même pour la lumière réfléchie par l'atmosphère d'une exoplanète.

L'analyse de l'atmosphère de Vénus

En mesurant la polarisation de la lumière à différentes longueurs d'onde, il est donc possible de détecter dans un premier temps une exoplanète avec une atmosphère, et dans un second temps d'analyser sa composition. Surtout, cela peut se faire en l'absence de transit, même lorsque la planète est vraiment très peu lumineuse, comme c'est le cas pour une exoterre dans la zone d’habitabilité.

C'est bien à l'aide de la spectropolarimétrie que l'on a analysé pour la première fois depuis le sol la composition des nuages d'acide sulfurique de Vénus au début des années 1970. Un astrophysicien, Sloane Wiktorowicz, développe d'ailleurs depuis quelque temps un instrument baptisé Polish, POLarimeter for Inclination Studies of High mass x-ray binaries, qui bien qu'initialement destiné à tout autre chose, doit permettre de réaliser des mesures de spectropolarimétrie sur des exoplanètes.

Il n'a pour le moment pas permis d'analyser l'atmosphère d'une exoplanète mais des tentatives sont en cours depuis deux ans avec Polish2, qui équipe le télescope de 3 m de l'observatoire Lick. 

En attendant, comme expliqué dans l'article faisant suite à celui-ci, une équipe d'astronomes de l'ESO vient de donner une preuve de la faisabilité de la détection de biosignatures par spectropolarimétrie en redécouvrant, avec le VLT, la présence d'une vie sur Terre.

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