Parce qu’ils sont produits par des événements cosmiques rares, l’uranium et le thorium se retrouvent en des quantités très variables d’un système stellaire à l’autre. Et des chercheurs notent aujourd’hui que les abondances de ces éléments radioactifs à longue vie pourraient jouer un rôle crucial dans l’habitabilité des planètes rocheuses.

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Pour évaluer l'habitabilité d’une planète, les astronomesastronomes se basent essentiellement sur ce qu'ils en connaissent de notre exemple particulier. Ainsi la présence d'eau liquideliquide est évidemment considérée comme un incontournable. Aujourd'hui, des chercheurs de l’université de Californie à Santa Cruz (États-Unis) suggèrent que l'abondance d'uraniumuranium et de thoriumthorium -- des éléments radioactifs à vie longue -- apparaît, pour une planète rocheuse, comme un facteur clé de cette habitabilité.

Les chercheurs expliquent en effet que sur TerreTerre, la décroissance des éléments radioactifs tels que l'uranium et le thorium fournit suffisamment de chaleurchaleur pour, d'une part, entraîner la tectonique des plaquestectonique des plaques et d'autre part, générer un champ magnétiquechamp magnétique persistant. « Il a longtemps été spéculer que le chauffage interne de la Terre entraîne la tectonique des plaques, ce qui crée un cycle du carbonecarbone et une activité géologique comme le volcanismevolcanisme, qui produit une atmosphèreatmosphère », précise Natalie Batalha, astrophysicienne, dans un communiqué. « Et la capacité de retenir une atmosphère est liée au champ magnétique -- qui par ailleurs nous protège directement des vents solairesvents solaires et des rayons cosmiquesrayons cosmiques --, qui est également entraîné par le chauffage interne. »

Lorsque l'abondance en uranium et en thorium est trop importante, les simulations montrent que la planète ne parvient pas à maintenir un effet dynamoeffet dynamo. Les éléments radioactifs se retrouvent en effet dans le manteaumanteau. Cette chaleur excédentaire agit comme un isolantisolant qui empêche le noyau de monter suffisamment en température pour que des mouvements convectifsmouvements convectifs produisent un champ magnétique. Une activité volcanique trop importante nuit également au développement de la vie. À l'inverse, lorsqu'uranium et thorium se font trop rares, la planète apparaît comme géologiquement morte.

Sur cette illustration, la planète du milieu est une planète semblable à la Terre dans son abondance d’uranium et de thorium. En haut, une planète présentant plus d’éléments radioactifs. En bas, une planète géologiquement morte. © Melissa Weiss, Université de Californie
Sur cette illustration, la planète du milieu est une planète semblable à la Terre dans son abondance d’uranium et de thorium. En haut, une planète présentant plus d’éléments radioactifs. En bas, une planète géologiquement morte. © Melissa Weiss, Université de Californie

Des éléments radioactifs pour cibler les systèmes planétaires d’intérêt

Pour poursuivre leurs travaux, les chercheurs doivent désormais envisager de développer leurs modèles et de rentrer dans les détails de la question. Ils doivent aussi identifier les régions où les éléments radioactifs mentionnés sont créés. Notamment lors de collision d’étoiles à neutrons, des événements somme toute relativement rares.

Les astronomes peuvent compter sur la spectroscopie pour accéder à l'abondance des différents éléments qui constituent une étoile. L'europiumeuropium est l'un des éléments faciles à observer dans les spectresspectres stellaires et justement, il est créé par le même processus qui donne naissance à l'uranium et au thorium. Il peut donc servir de traceur de la variabilité de ces éléments dans les étoiles de la Voie lactéeVoie lactée.

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À ce jour, les chercheurs disposent de mesures d'europium pour de nombreuses étoiles. Il se trouve que le SoleilSoleil se situe quelque part au milieu de l'échelle. Certaines étoiles contiennent jusqu'à deux fois plus -- ou moins -- d'europium que la nôtre. Ces informations devraient aider à cibler les systèmes planétaires d'intérêt, en vue notamment des observations qui seront réalisées par le télescope spatial James Webb, un outil puissant pour la caractérisation des atmosphères des exoplanètes.