Une vue d'artiste d'une éruption stellaire de l'étoile Proxima Centauri. L'exoplanète Proxima b orbite autour de son étoile 20 fois plus près que la Terre autour du Soleil. Une éruption stellaire 10 fois plus forte que les plus puissantes éruptions solaires produit donc un rayonnement 4.000 fois plus intense à la surface de cette exoplanète que dans le cas de la Terre. © Roberto Molar Candanosa / Institut Carnegie pour la science, NASA / SDO, NASA / JPL.

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Proxima b est-elle vraiment une exoterre habitable ?

ActualitéClassé sous :exoplanètes , Proxima du Centaure , ESO

Une éruption stellaire bien plus spectaculaire que celles connues sur le Soleil a été observée par le radiotélescope Alma dans le cas de l'étoile Proxima Centauri. L'exoplanète Proxima b en orbite autour de la naine rouge pourrait donc ne pas être habitable, ayant perdu depuis longtemps eau et atmosphère du fait de ces colères.

Sommes-nous seuls dans la Voie lactée ? Si non, pouvons-nous communiquer avec les civilisations technologiquement avancées qui la peuplent ? Tenter de répondre à ces questions revient en partie à tenter de préciser les valeurs des paramètres de la fameuse équation de Drake. On progresse lentement dans cette direction. Ainsi, au début du XXe siècle, le modèle dominant de la formation des planètes du Système solaire, celui avancé notamment, en 1904, par le géologue Thomas Chamberlin et l'astronome Forest Moulton, puis par le physicien James Jeans en 1917, prédisait un très faible nombre d'exoplanètes dans la Voie lactée. Depuis moins d'une décennie, nous savons maintenant que les cortèges planétaires sont plutôt la règle, la question se pose maintenant de savoir quelle fraction de ces cortèges possède au moins une exoplanète habitable.

Comme les naines rouges, telle Trappist-1, sont les étoiles les plus nombreuses dans la Galaxie, la question précédente se pose en fait à leur propos. Par chance, celle qui est la plus proche du Soleil, Proxima du Centaure aussi appelée Proxima Centauri et qui semble faire partie d'un système triple, Alpha du Centaure, possède justement une exoterre potentielle car située dans la fameuse zone d'habitabilité : Proxima b.

Proxima Centauri apparaît donc comme un laboratoire pour préciser les liens entre les naines rouges et les exoplanètes habitables. Ce lien ne va pas de soi car non seulement l'habitabilité réelle et la capacité d'une telle planète à permettre l'apparition et l'évolution de la vie sont fortement dépendantes de la nature de son atmosphère mais aussi du comportement des naines rouges.

Le 19 juillet 2012, une spectaculaire éruption s'est produite sur le Soleil avec une éjection de matière solaire appelée éjection de masse coronale (CME) mais surtout la formation d'une spectaculaire boucle de plasma suivant les lignes de champ magnétique, produisant un phénomène connu sous le nom de pluie coronale. © Nasa Goddard

Des éruptions stellaires dix fois plus fortes que les éruptions solaires

En effet, nous avons de bonnes raisons de penser que ces étoiles, au moins pendant une partie de leur vie et en fonction de leur masse, font fréquemment de terribles éruptions stellaires libérant des flots intenses de rayonnement ultraviolet, X et bien sûr des vents de matière magnétisée. Potentiellement, ces colères peuvent conduire les atmosphères planétaires protectrices à disparaître ainsi que les océans qui pourraient exister (sans parler bien sûr des rayonnements délétères pour le matériel génétique des formes de vie qui pourraient ressembler à celles que nous connaissons sur Terre).

Une équipe d'astrophysiciens états-uniens vient malheureusement d'apporter de mauvaises nouvelles à ce sujet pour Proxima b en déposant un article sur arXivqui vient d'être publié. Les chercheurs y font état d'observations menées avec Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) entre janvier et mars 2017 sur une durée cumulée d'environ 10 heures.

Ce faible temps d'observation a suffi pour permettre la découverte d'une éruption stellaire qui a duré moins de deux minutes mais qui a vu la luminosité de Proxima Centauri être multipliée par 1.000 durant 10 secondes dans la bande de longueur d'onde du radiotélescope. Cela correspond à ce moment-là à une éruption 10 fois plus puissante que les plus terribles éruptions solaires connues.

Selon Meredith MacGregor du Department of Terrestrial Magnetism de la Carnegie Institution of Washington, l'une des astronomes auteure de cette découverte : « il est probable que Proxima b a été inondée par des radiations à hautes énergies pendant cette éruption. Au cours des milliards d'années qui se sont écoulés depuis la création de Proxima b, des éruptions comme celle-ci auraient pu évaporer toute atmosphère ou océan et stériliser sa surface ». Voilà de quoi remettre un peu en question l'intérêt d'une sonde interstellaire envoyée vers cette exoplanète.

Ces nouveaux résultats invalident également une interprétation des données d'Alma concernant Proxima Centauri qui laissaient entendre qu'elle était entourée d'anneaux de poussière comme ceux associés à la ceinture d'astéroïdes et à la ceinture de Kuiper.

  • Les naines rouges sont les étoiles les plus nombreuses dans la Voie lactée et sont donc logiquement celles où doivent se trouver les exoterres potentielles les plus nombreuses.
  • Malheureusement, ces étoiles sont très colériques pendant une partie de leur vie, émettant des rayonnements peu propices à la conservation des océans et des atmosphères des planètes potentiellement habitables, et délétères à la Vie telle que nous la connaissons.
  • Alma a confirmé que la naine rouge la plus proche, Proxima Centauri, pouvait faire des éruptions stellaires au moins 10 fois plus fortes que les éruptions solaires connues, mettant en cause l'habitabilité de l'exoplanète rocheuse Proxima b.
Pour en savoir plus

Proxima b peut-elle être une exoterre habitable ?

Article de Laurent Sacco, publié le 16/09/2016

Pour que la réalité ait une chance de rejoindre bon nombre d'œuvres de science-fiction, l'exoplanète Proxima b, récemment découverte, devrait au moins être habitable, à défaut d'être peuplée d'extraterrestres. Plusieurs équipes de chercheurs se sont déjà penchées sur cette question. Voici quelques-unes de leurs conclusions.

Proxima Centauri est une naine rouge mille fois moins lumineuse que notre Soleil, avec une masse qui ne représente que 12 % de celle de notre étoile. Les astrophysiciens de l'ESO, membres de l'équipe Pale Red Dot, ont récemment annoncé avoir fait la découverte d'un corps céleste orbitant en à peine plus de 11 jours autour de Proxima Centauri.

Nommé Proxima b, c'est l'exoplanète la plus proche du Système solaire. Une sonde interstellaire pourrait peut-être l'atteindre et nous envoyer des images lors d'un survol de sa surface (quand bien même ce survol se ferait à 20 % de la vitesse de la lumière).

Proxima b se situe dans la zone d'habitabilité de la naine rouge mais peut-on déjà la qualifier d'exoterre ? Malheureusement, il est difficile de répondre à cette question pour le moment car cela dépend de plusieurs facteurs. Il existe en effet plusieurs interrogations, comme l'a expliqué sur le site de Pale Red Dot l'astronome Rory Barnes, de l'University of Washington, en reprenant les conclusions auxquelles lui et ses collègues sont arrivés dans un article disponible sur arXiv.

Une vidéo au sujet de Proxima Centauri et de la campagne d'observation menée cette année à son sujet. On peut suivre cette aventure sur le site intitulé Pale Red Dot. 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 ». © European Southern Observatory (ESO)

La masse et le contenu en eau de Proxima b

  • Quelles sont la masse et la composition de Proxima b ?

La méthode des vitesses radiales a permis la détection de Proxima b mais elle ne donne que la masse minimale d'une exoplanète, dans le cas présent environ 1,3 fois la masse de la Terre. On ne connaît pas son rayon ; elle pourrait donc être plus lourde et moins dense que la Terre, par exemple sous la forme d'une planète océan ou d'une mini-Neptune sous une épaisse atmosphère.

Toutefois, les modèles de la formation planétaire ainsi que les statistiques tirées des nombreuses découvertes d'exoplanètes réalisées avec Kepler peuvent nous aider à mieux comprendre Proxima b. Ils laissent ainsi penser qu'en dessous d'une zone floue comprise entre 5 et 10 fois la masse de la Terre, nous serions en présence d'une authentique planète rocheuse ; il s'agirait d'une géante gazeuse au-delà. Or, les calculs montrent que seulement 5 % des orbites possibles pour Proxima b autorisent une masse supérieure à cinq fois celle de la Terre. Proxima b n'est donc très probablement pas une géante gazeuse. Il faudrait par ailleurs que sa masse soit inférieure à deux fois celle de la Terre pour pouvoir être une exoterre.

  • Proxima b peut-elle contenir assez d'eau pour que la vie y soit possible ?

Pour ressembler à la Terre, Proxima b se doit de posséder suffisamment d'eau. Son contenu en ce précieux élément pour la vie dépend en premier lieu de la façon dont la planète s'est formée. Or, nous savons maintenant, après la découverte de l'importance des migrations planétaires, que l'on ne peut pas se fier à la distance observée aujourd'hui entre une exoplanète et son étoile pour en inférer qu'elle s'est bien formée sur cette orbite ou en déduire sa composition.

Dans le cadre d'un modèle simple de la formation planétaire, les planètes sont d'autant plus riches en eau qu'elles se sont formées loin de leurs étoiles hôtes dans le disque protoplanétaire initial. La température y décroissant avec l'augmentation de cette distance, des corps glacés, donc riches en eau, ne peuvent se former qu'à une distance suffisamment grande, au-delà de la fameuse ligne des glaces, là où beaucoup de particules enrobées de glace peuvent naître. C'est aussi pour cette raison que les géantes gazeuses existent au-delà de cette ligne et les planètes rocheuses en deçà, là où ne peuvent se condenser que des particules silicatées.

Cette vue d’artiste montre la planète Proxima b en orbite autour de la naine rouge Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Système solaire. Le système d’étoiles double Alpha Centauri AB figure dans l’angle supérieur droit de l’image, entre la planète et l’étoile Proxima. Proxima b est dotée d’une masse légèrement supérieure à celle de la Terre et décrit une orbite autour de Proxima Centauri au sein même de la zone d’habitabilité de cette étoile. Sa température de surface est ainsi compatible avec la présence d’eau liquide. © M. Kornmesser, ESO

Ce tableau simple est notamment brouillé par le phénomène de migration planétaire ainsi que les perturbations gravitationnelles qui les accompagnent. Il en résulte que des petits corps qui se sont formés dans des régions différentes peuvent ensuite voir leurs orbites changer profondément pour finir par entrer en collision lors du processus d'accrétion chaotique du début de l'histoire de la formation d'un système planétaire.

Il n'est donc pas simple d'évaluer le contenu en eau d'une exoplanète rocheuse. On peut même considérer que certaines superterres découvertes étaient des noyaux rocheux couverts de glace d'anciennes géantes gazeuses ayant perdu leur atmosphère et une partie de leur eau en migrant pour devenir proche de leurs étoiles.

Une comparaison entre deux couchers de soleil : sur la gauche, la Terre et à droite, Proxima b, dans l'hypothèse où l'exoplanète serait bien habitable et porterait des océans. © PHL, @ UPR Arecibo.

L'eau peut-elle être sous forme liquide sur Proxima b ?

  • Peut-il vraiment exister des océans sur Proxima b ?

Pour que Proxima b intéresse les exobiologistes, il ne suffit pas qu'elle contienne suffisamment d'eau, il faut aussi que celle-ci soit sous forme liquide, et donc que l'exoplanète soit dans sa zone d'habitabilité. Là, le tableau se complique un peu. C'est certainement le cas aujourd'hui mais depuis quand ?

La composition chimique des atmosphères stellaires d'Alpha et Proxima Centauri (qui forment un système d'étoiles triple) a été étudiée. Ces atmosphères sont similaires entre elles mais différentes de celle du Soleil. Or, la Voie lactée n'est pas homogène chimiquement. On peut donc en déduire que le nuage moléculaire où sont nées ces étoiles devait se trouver dans une région située à seulement 15.000 années-lumière du centre de notre galaxie. Elles s'en sont ainsi éloignées de 10.000 années-lumière environ, ce qui indique déjà que ce ne sont pas de jeunes étoiles, puisqu'elles ont migré sur une grande distance dans la Voie lactée.

En étudiant l'intérieur d'Alpha Centauri A au moyen de l'astérosismologie, on obtient des données qui, injectées dans la théorie de la structure et de l'évolution stellaire, nous permettent d'évaluer plus précisément son âge, et donc ceux, probables, d'Alpha Centauri B et Proxima Centauri. On trouve qu'il est de 3,5 à 6 milliards d'années. C'est assez pour que la vie apparaisse et évolue (pour ce que l'on en sait sur la Terre) mais cet âge a un revers.

La naine rouge Proxima b devait être plus brillante qu'aujourd'hui. Le bord interne de sa zone d'habitabilité n'a donc fait que se rapprocher de l'étoile au cours du temps. Tous calculs faits, on trouve que, pendant les premiers 250 millions d'années de la vie de Proxima Centauri, si Proxima b était déjà sur une orbite similaire à celle que nous observons, elle serait rapidement devenue victime d'un emballement de l'effet de serre (comme ce fut le cas sur Vénus) et aurait donc perdu toute son eau à cette époque.

Une comparaison de l'aspect de la Terre avec celui de Proxima b, dans l'hypothèse où cette dernière est plutôt désertique, avec quelques mers peu profondes et une masse peu différente de celle de la Terre. © PHL, @ UPR Arecibo, Nasa Epic Team
  • Les conditions de l'apparition de la vie sont-elles réunies sur Proxima b ?

L'existence d'eau liquide en quantité suffisante sur Proxima b est problématique pour d'autres raisons encore. Proxima Centauri est en effet sujette à de violentes éruptions émettant d'importantes quantités de rayons X et ultraviolets (la planète reçoit aujourd'hui 250 fois plus de rayonnements X et 15 fois plus d'extrêmes UV que la Terre).

Vu la distance de Proxima b à son étoile, ce ne sont pas seulement des formes de vie qui sont menacées par ces rayonnements, la vapeur d'eau s'élevant des océans peut être décomposée en molécules d'hydrogène et d'oxygène. Or, la molécule d'H2 peut bien plus facilement partir dans l'espace que la molécule d'O2. Proxima b a donc peut-être perdu une bonne partie de ses océans si elle n'est pas assez massive ou que son atmosphère n'est pas assez épaisse.

Il y a une ironie dans ce phénomène. Proxima Centauri ayant été plus colérique dans sa jeunesse, une partie de l'eau de ses océans a pu être convertie en une atmosphère d'oxygène tandis que l'autre est restée jusqu'à aujourd'hui. Cependant, si l'on se fie aux scénarios de l'origine de la vie sur Terre, plus précisément à ceux qui concernent la chimie prébiotique, du genre de celle de l'expérience de Miller, une atmosphère originellement riche en O2 ne permet probablement pas à la vie d'apparaître.

Heureusement, si Proxima b a commencé sa vie comme une mini-Neptune qui a migré, son atmosphère épaisse du départ pourrait lui avoir permis d'échapper à ce destin. De même, si elle possède un champ magnétique assez puissant, il a pu la protéger de l'équivalent du vent solaire émis par Proxima Centauri, lequel est capable d'éroder l'atmosphère d'une planète et de la dessécher comme c'est arrivé avec Mars.

Quel climat pour Proxima b ?

  • Quid de l'habitabilité de Proxima b si elle est en rotation synchrone ?

L'exoplanète orbite si près de Proxima Centauri qu'elle pourrait bien être en rotation synchrone, présentant toujours la même face à son étoile. On a longtemps cru que cela impliquait que l'eau ne pouvait pas exister à l'état liquide dans ce genre de situation, même si une exoplanète se trouvait dans la zone d'habitabilité. Mais, comme le prouvent des simulations numériques analogues à celles faites pour étudier le climat de la Terre, les courants atmosphériques peuvent, dans certaines configurations, répartir suffisamment la chaleur pour que des régions de la planète soient habitables.

Toutefois, une exoplanète en rotation synchrone peut subir des forces de marée qui vont chauffer son intérieur à la façon de ce qui se produit dans le cas de Io. Un volcanisme intense peut donc en résulter, susceptible de libérer beaucoup de gaz carbonique et de faire de la planète une autre Vénus. Notons aussi que l'amplitude des marées dans d'éventuelles mers sur la planète pourrait être très grande.

De la vie microscopique existe peut-être sur Proxima b mais on a finalement bien des raisons de penser qu'il ne s'agit pas d'une exoterre.

Pour plus de détails sur l'habitabilité et le climat de Proxima b, on pourra consulter les deux articles suivant :

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