Une vue de la surface de Jupiter. Ses nuages cachent-ils des formes de vie ? © Nasa

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Exobiologie : la vie peut-elle exister dans l'atmosphère des étoiles ratées ou de Saturne ?

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Pour saluer la fin de la mission Cassini-Huygens, revenons sur un sujet original et étonnant que Futura avait présenté en décembre 2016. La question du moment : est-il possible de transposer aux naines brunes la théorie développée par Carl Sagan et Edwin Salpeter en 1976 qui tenaient comme possible l'existence de formes dans l'atmosphère de Jupiter ou de Saturne ? Une étude récente, que nous avions relatée, allait dans ce sens. Mais cela ne va pas de soi, comme l'explique à Futura l'astrophysicien Franck Selsis.

Article paru le 14 décembre 2016

Il y a deux semaines, une groupe de chercheurs britanniques de l'université d'Édimbourg avait mis en ligne sur arXiv une théorie intéressante, visiblement inspirée par les travaux du grand exobiologiste et planétologue Carl Sagan. Elle avançait des arguments favorables à l'habitabilité de certaines couches nuageuses dans les naines brunes de type Y, c'est-à-dire particulièrement froides. Prédites par les théoriciens de l'astrophysique dès les années 1960, les naines brunes ont été batisées ainsi en 1975 par une astrobiologiste bien connue du programme Seti, Jill Tarter. Elles n'ont cependant commencé à être observés que dans les années 1980.

Toutefois, l'habitabilité suposée des naines brunes de type Y vient d'être remise en question, comme l'a expliqué à Futura l'astrophysicien Franck Selsis, chargé de recherche au CNRS du Laboratoire Astrophysique de Bordeaux et dont les travaux portent sur les exoplanètes, en particulier leur atmosphères et leur habitabilité.

L'astrophysicien Franck Selsis étudie les atmosphères planétaires et l'exobiologie. © University of Exeter


Les naines brunes Y ne pourraient abriter la vie par manque d'eau

« L'article de Yates et al. est basé sur une erreur basique de thermodynamique. En effet, la condensation de H2O dans ces atmosphères produit de la glace d'eau et non de l'eau liquide. Si les températures sont en effet compatibles avec l'existence d'eau liquide, l'abondance de H2O est en revanche très insuffisante. En effet, pour avoir de l'eau liquide il faut une température supérieure à 273 K et une pression partielle d'eau supérieure à 6 millibars. L'abondance cosmique de l'eau est telle qu'il y a moins d'une molécule d'eau pour mille molécules de H2 dans les naines brunes. Il faudrait donc plus de 6 bars de H2 pour permettre la condensation d'eau liquide, ce qui n'est pas le cas dans les naines brunes de type Y décrites dans l'article.

Il faudrait des naines brunes beaucoup plus froides (environ 100 K) pour que H2O liquide se forme à des pressions de quelques centaines de bars. Ces naines brunes très froides existent sans doute mais ne sont pas encore observables. Les auteurs ont fait une erreur de débutant en confondant pression totale et pression partielle de H2O dans le diagramme de phase de l'eau. Les auteurs ont été avertis et le papier va être — au minimum — profondément révisé, sinon retiré (il devrait logiquement l'être vu qu'il est intégralement invalidé par cette erreur d'une facteur mille).

Uranus et Neptune ont probablement des nuages d'eau liquide. Ces géantes glacées sont non seulement plus froides que les naines Y mais sont en plus très enrichies en eau par rapport aux abondances cosmiques et donc à la composition des naines brunes. Selon ce critère-là, Neptune et Uranus ont probablement une "zone habitable atmosphérique". »

Pour en savoir plus

L'exobiologie dans l'atmosphère des étoiles ratées

Article de Laurent Sacco publié le 02/12/2016

Carl Sagan et Edwin Salpeter avaient développé en 1976 une théorie au sujet de formes de vie pouvant exister dans l'atmosphère de Jupiter ou Saturne. L'idée a été reprise et transposée au cas des naines brunes, ces « étoiles ratées » dont certaines flottent librement entre les étoiles.

Un article déposé sur arXiv par un groupe de chercheurs renouvelle nos idées sur les chemins que peut prendre la matière pour se complexifier et évoluer afin de passer du Big Bang au Vivant. Il reprend certaines des idées explorées par le grand exobiologiste Carl Sagan en compagnie du célèbre astrophysicien Edwin Salpeter. Débarrassés des préjugés qui n'avaient pas permis de vraiment anticiper la découverte de formes de vie extrêmophiles comme celles qui vivent aux abords des sources hydrothermales au fond des océans, les deux hommes avaient étudié la possibilité que des formes de vie puissent exister dans l'atmosphère de Jupiter.

L'idée semble folle à première vue mais c'est oublier que dans les profondeurs de la géante, il existe des couches où les températures et les pressions peuvent ressembler à celles qui ont permis l'apparition puis le développement de la vie sur Terre. Bien que constituée majoritairement d'hydrogène et d'hélium, l'atmosphère de Jupiter contient aussi du méthane, de l'ammoniac, du sulfure d'hydrogène et un peu d'eau. Il y a donc les atomes nécessaires à la fabrication des molécules organiques du vivant. De fait, la fameuse expérience de Miller destinée à nous éclairer sur l'origine de la vie a été conduite en supposant que l'atmosphère de la jeune Terre avait une composition chimique similaire à celle de Jupiter.

Un extrait de Cosmos. 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 ». © Brian Emerson

Une zone atmosphérique habitable dans les naines brunes

Dans la vidéo ci-dessus, extraite d'une version mise à jour de la célèbre série Cosmos, Carl Sagan explique quelques-unes des idées qu'il a proposées avec Salpeter au sujet des formes de vie possibles dans l'atmosphère de Jupiter. Or, nous savons aujourd'hui qu'il existe beaucoup d'exoplanètes dans la Voie lactée, qui devrait donc compter de nombreuses cousines de Jupiter. De plus, il existe un certain nombre d'astres qui ne sont ni des étoiles ni vraiment des planètes : les naines brunes, parfois qualifiées, tout comme Jupiter, d'étoiles ratées. Bien que très majoritairement composées de gaz, comme les étoiles, elles sont trop peu massives pour que les températures internes permettent des réactions de fusions thermonucléaires, excepté très temporairement avec des noyaux de deutérium pour les plus massives.

On estime qu'il devrait exister probablement un milliard de naines brunes dans la Voie lactée, dont certaines ne sont même pas en orbite autour d'un soleil. Une dizaine de ces astres devraient exister dans un rayon de 30 années-lumière autour du Soleil. Certains de ces objets célestes plusieurs fois plus massifs que Jupiter sont assez chauds pour avoir des températures de surface similaires à celles de la Terre. En 2013, on a même fait la découverte de ce qui semble bien être des nuages de vapeur d'eau dans l'atmosphère d'une naine brune, à seulement 7 années-lumière du Système solaire : Wise 0855-0714.

Dans l'article publié sur arXiv, les chercheurs se sont d'ailleurs penchés plus précisément sur cette naine brune pour illustrer la problématique de ce que l'on appelle la zone d'habitabilité atmosphérique, encore nommée Atmospheric Habitable Zone, ou AHZ. Celle-ci est tout simplement la couche dans une atmosphère où les conditions permettent à la vie telle qu'on la connaît, d'exister. Il semble que des formes de vies microbiennes, ou plus probablement de la taille des virus, pourraient exister dans Wise 0855-0714.

Le télescope spatial James Webb devrait être opérationnel à partir de 2018. Bien que cela n'ait rien d'évident, il serait intéressant de savoir s'il n'existerait pas des biosignatures convaincantes en théorie observables dans des naines brunes comme Wise 0855-0714.

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Interview : les exoplanètes sont-elles habitées ?  Il pourrait y avoir au moins 100 milliards de planètes simplement dans notre galaxie. Difficile d’imaginer qu’aucune ne puisse abriter la vie. Le Cnes a interviewé Michel Viso, responsable des programmes d’exobiologie, afin qu’il nous parle des conditions d'apparition de la vie dans l'univers.