On connait déjà plusieurs exoplanètes qui pourraient être des planètes océans. Une étude récente basée sur un échantillon de possibles astres de ce genre autour des étoiles les plus nombreuses de la Voie lactée, les naines rouges de type M, laisse maintenant penser que les planètes océans ressembleraient plus aux lunes de Jupiter, Ganymède et Europe, qu'à la Kamino de Star Wars.

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[EN VIDÉO] Les planètes de Trappist-1, des mondes étonnants et peut-être riches en eau Autour de cette minuscule étoile gravitent sept planètes de la taille de la Terre. Toutes sont différentes, plusieurs se trouvent dans la zone habitable et pourraient être riches en eau. Le système planétaire de Trappist-1 est aujourd’hui un merveilleux site d’observation pour étudier des atmosphères et des effets de serre dans des conditions variées.

C'est devenu quasiment une habitude pour tous les articles parlant des derniers progrès de la noosphère en quête de semblables dans la GalaxieGalaxie, via la détection et l'étude d'exoplanètesexoplanètes. Ce lundi 12 septembre 2022, au moins 5.168 candidats au titre d'exoplanètes initialement débusquées au moyen d'instruments au sol ou dans l'espace, comme le Transiting Exoplanet Survey Satellite (en français : « Satellite de recensement des exoplanètes en transittransit ») de la NasaNasa, ont été confirmés comme tels.

Parmi les articles récents que l'on peut voir sur ces sujets en liaison avec l'exobiologie, il en est un publié dans la célèbre revue Science que l'on peut consulter en accès libre sur arXiv. Il provient de deux astronomesastronomes Rafael Luque, chercheur postdoctoral à l'Université de Chicago, et Enric Pallé de l'Institut d'astrophysiqueastrophysique des îles Canaries et de l'Université de La Laguna.

Dans un communiqué de l'Université de Chicago, Rafael Luque permet de prendre rapidement connaissance de quoi il en retourne lorsqu'il explique que « ce fut une surprise de voir des preuves de tant de mondes aquatiques en orbite autour du type d'étoilesétoiles le plus courant de la galaxie. Cela a d'énormes conséquences pour la recherche de planètes habitables ».

La nouvelle étude porteporte donc sur une évaluation de l'occurrence de planètes océansplanètes océans autour des naines rougesnaines rouges de type M. Ce genre d'étoiles est intéressant pour les exobiologistes à la recherche d'exoterres avec des atmosphèresatmosphères où l'on pourrait espérer trouver des biosignatures comme l'avait expliqué à Futura l'astrophysicienastrophysicien Franck Selsis, membre du CNRS et du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux (LAB), dans l'un des précédents articles où nous lui avions donné l'occasion de partager avec nous ses connaissances et ses réflexions à ce sujet.

Rafael Luque et Enric Pallé apportent à nouveau des arguments conduisant à conclure que des exoplanètes avec un océan global sont très probablement nombreuses dans la Voie lactéeVoie lactée, au point qu'elles pourraient être constituées d'au moins 50 % d'eau.


Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. Partez à la découverte des exoplanètes à travers notre websérie en 9 épisodes. Une vidéo à retrouver chaque semaine sur notre chaîne Youtube. Une playlist proposée par le CEA et l’Université Paris-Saclay dans le cadre du projet de recherche européen H2020 Exoplanets-A. © CEA Recherche

Des densités déterminées avec deux méthodes de détection des exoplanètes

Mais la nature de la réalité de ces astresastres serait sans doute moins proche de celle de la planète prison d'Aquaend, bien connue des lecteurs de l'Incal, la célèbre bande dessinée de science-fiction française, scénarisée par Alexandro Jodorowsky et dessinée par Mœbius, que de celle mise en scène par Arthur Clarke dans 2010 : Odyssée 2.

Pour le comprendre, faisons quelques rappels sur les méthodes de détections des exoplanètes. Il y en a deux principales comme l'explique la vidéo du CEA à ce sujet. Celle qui se base sur un transit et celle qui se base sur la détermination des vitesses radiales via un effet Dopplereffet Doppler mis en évidence par un déplacement des raies spectralesraies spectrales d'une étoile à l'aide d'un spectrographespectrographe, comme ceux équipant le James-Webb.

La méthode du transit consiste à détecter une chute périodique de la luminositéluminosité d'une étoile en raison du passage entre elle et nous d'une exoplanète bloquant partiellement sa lumièrelumière. On en tire un rayon pour l'exoplanète.

La méthode de la vitessevitesse radiale met en évidence et mesure une oscillation d'une étoile en réponse à la gravitationgravitation d'une, voire plusieurs exoplanètes qui font que l'étoile se rapproche et s'éloigne de nous. La méthode fonctionne que l'on ait un transit ou pas.

Mais s'il y a un transit, non seulement la massemasse de l'exoplanète peut être déterminée précisément via l'effet Doppler mais comme son rayon est aussi connu, on remonte à sa densité et donc à une estimation de sa composition. De cette manière, on sait que certaines exoplanètes sont nécessairement des géantes gazeusesgéantes gazeuses comme JupiterJupiter ou des planètes rocheusesplanètes rocheuses comme la Terre, ou bien encore justement des planètes océans.

Toutefois, connaissant la distance d'une exoplanète ainsi déterminée à son étoile hôte, on peut en tirer des indications sur l'état de la matièreétat de la matière, par exemple si l'atmosphère d'une géante gazeuse est très chaude ou non.

Démographie des petites planètes autour des étoiles naines M avec en abscisse leurs densités relativement à celle de la Terre. Sur la gauche, on voit le cas des planètes géantes de type sub-Neptune, à l'atmosphère dilatée par la chaleur. © Rafael Luque (Université de Chicago), Pilar Montañés, Gabriel Pérez (<em>Instituto de Astrofísica de Canarias</em>) et Chris Smith (<em>Nasa Goddard Space Flight Center</em>)
Démographie des petites planètes autour des étoiles naines M avec en abscisse leurs densités relativement à celle de la Terre. Sur la gauche, on voit le cas des planètes géantes de type sub-Neptune, à l'atmosphère dilatée par la chaleur. © Rafael Luque (Université de Chicago), Pilar Montañés, Gabriel Pérez (Instituto de Astrofísica de Canarias) et Chris Smith (Nasa Goddard Space Flight Center)

Des exoplanètes océans qui ont migré ?

Or, justement, parmi les planètes nécessairement très riches en eau qui émergentémergent des échantillons considérés par les astronomes, il semble, selon les estimations de Rafael Luque et Enric Pallé, que les pressionspressions et températures à la surface de ces astres seraient souvent telles que l'eau y existerait nécessairement dans une phase gazeuse supercritique en première approximation. Mais cela signifierait qu'elles auraient un rayon plus grand que ce que l'on mesure, ce qu'explique Luque lorsqu'il dit : « Mais nous ne voyons pas cela dans les échantillons. Cela suggère que l'eau n'est pas sous la forme d'un océan de surface ».

En clair, ces exoplanètes très riches en eau ressembleraient probablement beaucoup, du point de vue de leurs structures, aux luneslunes de Jupiter, Europe et Ganymède. Les chercheurs pensent qu'elles se seraient formées loin de leur étoile hôte et qu'elles auraient ensuite migré en se rapprochant. Il est intéressant de se rappeler à cet égard que beaucoup de superterres sont probablement des exoneptunes qui ont elles aussi migré au point de devenir si proches de leurs soleils qu'elles ont largement perdu leur atmosphère, dénudant un cœur de roches et de glaces.

Un schéma montrant la structure interne de Ganymède déduite en partie des observations d’Hubble. Un océan salé entoure un manteau (<em>mantle</em>) composé de glace (<em>ice</em>) et de roches. Le cœur est ferreux. © Nasa, Esa, A. Feild (STScI) 
Un schéma montrant la structure interne de Ganymède déduite en partie des observations d’Hubble. Un océan salé entoure un manteau (mantle) composé de glace (ice) et de roches. Le cœur est ferreux. © Nasa, Esa, A. Feild (STScI) 

 

Selon les modèles utilisés par des chercheurs de la Nasa (États-Unis), beaucoup d’exoplanètes seraient des planètes-océans sur lesquels les prochains instruments tels que le télescope spatial James Webb pourraient chercher des formes de vie extraterrestre. © sdecoret, Adobe Stock
Selon les modèles utilisés par des chercheurs de la Nasa (États-Unis), beaucoup d’exoplanètes seraient des planètes-océans sur lesquels les prochains instruments tels que le télescope spatial James Webb pourraient chercher des formes de vie extraterrestre. © sdecoret, Adobe Stock

Les planètes océans seraient des milliards dans la Galaxie

Article de Nathalie Mayer

Notre Terre, la planète bleue, est un monde couvert d'océans. Et selon les chercheurs, il se pourrait bien que, dans la Voie lactée, elle soit loin d'être la seule dans ce cas. Sur une cinquantaine d'exoplanètes étudiées, ils ont identifié pas moins d'une quinzaine de mondes potentiellement océaniques. Des mondes susceptibles d'abriter une forme de vie extraterrestre.

Parmi les plus de 4.000 exoplanètes connues à ce jour, combien peuvent être qualifiées de mondes océaniques ? C'est la question que se sont posée des chercheurs de la Nasa (États-Unis). Ils ont procédé à une analyse mathématique de plusieurs dizaines de planètes. Le tout à partir des seules informations disponibles sur celles-ci : leur taille, leur masse et la distance qui les séparent de leur étoile. Selon eux, plus d'un quart de ces exoplanètes pourraient être des mondes océaniques. La plupart à l'image d'Europe, la lune de Jupiter, et d'EnceladeEncelade, celle de SaturneSaturne.

Une information intéressante dans le cadre de la recherche de vie extraterrestre. En effet, Europe et Encelade sont, dans notre Système solaireSystème solaire, parmi les principales cibles de la Nasa (États-Unis) en la matière. Pourquoi ? Parce que les astronomes ont observé, à la surface de ces mondes, des panaches d'eau. « Cela signifie que ces mondes cachent des océans sous leur coquille glacée et qu'ils disposent de suffisamment d'énergieénergie pour donner naissance à des panaches. Ce sont deux conditions nécessaires à la vie telle que nous la connaissons », explique Lynnae Quick, chercheur, dans un communiqué de la Nasa.

« Les futures missions pour rechercher des signes de vie au-delà de notre Terre sont axées sur des planètes semblables à la nôtre, avec une biosphèrebiosphère si abondante qu'elle modifie la chimie de leur atmosphère », ajoute Aki Robege, astrophysicien. « Mais des mondes glacés, loin de leur soleil, peuvent aussi présenter les caractéristiques que nous pensons nécessaires à la vie. »

Image du site Futura Sciences
Image du site Futura Sciences
Sur ces graphiques, les niveaux d’activité géologique donnés par les modèles pour quelques exoplanètes par rapport à ceux connus pour quelques lunes du Système solaire. © Lynnae Quick & James Tralie, <em>Nasa's Goddard Space Flight Center</em>
Sur ces graphiques, les niveaux d’activité géologique donnés par les modèles pour quelques exoplanètes par rapport à ceux connus pour quelques lunes du Système solaire. © Lynnae Quick & James Tralie, Nasa's Goddard Space Flight Center

De l’eau et suffisamment d’énergie pour abriter la vie

Les chercheurs ont travaillé sur 53 exoplanètes d'une taille semblable à celle de la Terre. Jusqu'à deux fois son rayon. Même si leur masse peut atteindre huit fois celle de notre planète. Objectif : sélectionner a priori, plutôt des mondes rocheux.

Les chercheurs ont ensuite déterminé combien d'énergie ces planètes pouvaient générer et libérer sous forme de chaleurchaleur. En considérant deux sources : la décroissance des matériaux radioactifs qui composent leur manteaumanteau et leur croûtecroûte et la force de maréeforce de marée. La première dépend de l'âge de la planète et de la masse de son manteau. Les chercheurs de la Nasa ont supposé que les exoplanètes étudiées ont le même âge que leur étoile et que leur manteau ressemble à celui de notre Terre. La seconde dépend plus de l'allongement de l'orbite de l'exoplanète.

Notez aussi que volcanismevolcanisme et tectonique sont deux processus qui permettent aux planètes d'évacuer la chaleur ainsi produite. Et pour qu'un monde reste habitable, il faut trouver un juste équilibre. Trop d'activité volcanique et la planète se transforme en enfer. Trop peu et sa surface reste froide et stérile.

Quatre des sept planètes de TRAPPIST-1 seraient des planètes-océans.

Au total, l'équipe de la Nasa a identifié 14 mondes potentiellement océaniques. Parmi eux, quatre des sept planètes de la taille de notre Terre du système Trappist-1. Les exoplanètes Trappist-1 e, f, g et h pourraient donc devenir les premières cibles du télescope spatial James Webb à la recherche de signatures chimiques de la vie dans leur atmosphère.


Un tiers des exoplanètes seraient des planètes-océans

L'eau, une ressource précieuse sur Terre, abonde dans l'universunivers. Tant et si bien qu'un tiers des exoplanètes seraient des mondes aquatiques. Une nouvelle recherche nous en apprend un peu plus sur la structure et les caractéristiques de ces mystérieuses planètes plus grosses que la Terre, dites « planètes-océans », inconnues dans notre système solaire.

Article de Floriane Boyer paru le 23/11/2018

Un tiers des quelque 4.000 exoplanètes connues à ce jour seraient ce qu’on appelle des planètes-océans, des mondes où l’eau est présente dans une telle abondance qu’elle pourrait constituer jusqu’à la moitié de la masse totale de la planète. © Nasa
Un tiers des quelque 4.000 exoplanètes connues à ce jour seraient ce qu’on appelle des planètes-océans, des mondes où l’eau est présente dans une telle abondance qu’elle pourrait constituer jusqu’à la moitié de la masse totale de la planète. © Nasa

Alors que le compteur des exoplanètes augmente inlassablement - il affiche 3.838 à l'heure où ces lignes sont écrites -, la question qui nous taraude tous est : à quoi peuvent-elles bien ressembler ? D'après Li Zeng, astronome à Harvard, et ses collègues, beaucoup d'entre elles pourraient bien faire pâlir de jalousie notre planète bleue. Leur analyse, présentée à la conférence internationale de Goldschmidt sur la géochimie en août et publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, montre en effet que les mondes riches en eau sont monnaie courante : jusqu'à 35 % des planètes seraient constituées à moitié d'eau ! Par comparaison, tous les océans de la Terre ne comptent que pour 0,023 % de sa masse totale.

« Réaliser que les planètes-océans sont si nombreuses était une immense surprise », confie Li Zeng dans un communiqué de presse. C'est une découverte enthousiasmante pour la recherche de planètes similaires à la nôtre et de vie extraterrestre. Avec une taille en général comprise entre 2 et 4 rayons terrestres (RT) et une masse environ 10 fois plus importante que celle de la Terre, ces planètes-océans se situent à la limite supérieure d'une catégorie d'exoplanètes appelées superterressuperterres, des planètes comprises entre 1 et 10 masses terrestres.

Des superterres riches en eau

Les chercheurs sont arrivés à la conclusion qu'un tiers des exoplanètes connues étaient des planètes-océans en développant un nouveau modèle sur leur structure interne. Celui-ci s'appuie sur les mesures de Kepler, pour les rayons des planètes, avec la prise en compte des révisions importantes apportées par la mission GaiaGaia. Ces dernières ont récemment poussé les astronomes à revoir à la baisse le nombre d'exoterres, ces planètes d'une taille proche de la nôtre, découvertes par Kepler. Les informations sur la masse des exoplanètes proviennent d'observatoires terrestresobservatoires terrestres.

Ce qui fait « la beauté de ce modèle », selon Li Zeng, c'est qu'il explique la relation entre la masse, le rayon et la composition des exoplanètes. Il indique que les planètes de petite taille, en l'occurrence celles dont le rayon est inférieur à 2 RT, sont rocheuses et pauvres en eau, tandis que celles de taille intermédiaire (entre 2 et 4 RT) sont riches en eau - ce sont les planètes-océans. Celles au-dessus de 4 RT sont riches en gazgaz. Au-delà de 10 RT, on a d'ailleurs typiquement affaire à des géantes gazeuses, majoritairement composées d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium.

Simulation d’une exoplanète recouverte d’un vaste océan d’eau liquide. © James Kelly, YouTube/Nasa Kepler Mission/Dana Berry

Les dimensions des planètes contraignent leur formation et leur structure interne. Ainsi, durant les premières étapes de leur naissance dans le disque protoplanétairedisque protoplanétaire, « les planètes-océans se sont certainement formées d'une manière similaire aux cœurs des géantes gazeuses que l'on trouve dans notre système solaire (Jupiter, Saturne, UranusUranus, NeptuneNeptune) », relate Li Zeng. « Échouant à devenir des géantes gazeuses », elles auraient ensuite évolué différemment pour devenir des superterres riches en eau.

Cependant, le terme en français « planètes-océans », équivalent de l'anglais « water worlds », littéralement « mondes d'eau », est peut-être un peu trompeur. Car « c'est de l'eau, mais pas celle rencontrée communément sur Terre », prévient Li Zeng. « Leur température de surface oscille entre 200 et 500 °C. Leur surface pourrait être enveloppée d'une atmosphère constituée majoritairement de vapeur d'eau, avec une couche liquide en-dessous. Plus profondément, cette eau se transforme en glace sous haute pression. » En s'enfonçant encore plus à l'intérieur de ces planètes, on atteindrait pour finir le noyau rocheux solidesolide.

Ainsi décrites, les planètes-océans apparaissent tout de suite beaucoup moins hospitalières. Pourtant, « la vie pourrait se développer dans des couches proches de la surface où la pression, la température et la composition chimique sont adéquates », estime Li Zeng. Ce type d'exoplanètes pourrait être « un des plus abondants dans notre Galaxie », observe-t-il. Lui et ses collègues s'attendent à ce que le satellite TessTess, successeur de Kepler, en récolte une belle moisson.