Au cours des dernières décennies, des milliers de planètes extra-solaires ont été découvertes dans notre galaxie. Au 28 juillet 2018, un total de 3374 planètes extra-solaires ont été confirmées dans 2814 systèmes planétaires. Alors que la majorité de ces planètes étaient des géantes gazeuses, un nombre croissant étaient de nature terrestre (c.-à-d. Rocheuse) et se trouvaient en orbite dans les zones habitables respectives (HZ) de leurs étoiles.
Cependant, comme le montre le cas du système solaire, les HZ ne signifient pas nécessairement qu'une planète peut soutenir la vie. Même si Vénus et Mars sont aux bords intérieur et extérieur du HZ du Soleil (respectivement), aucun n'est capable de soutenir la vie à sa surface. Et avec plus de planètes potentiellement habitables étant découvertes tout le temps, une nouvelle étude suggère qu'il pourrait être temps d'affiner notre définition des zones habitables.
L'étude, intitulée «Une zone habitable plus complète pour trouver la vie sur d'autres planètes», a récemment été publiée en ligne. L'étude a été menée par le Dr Ramses M. Ramirez, chercheur au Earth-Life Science Institute du Tokyo Institute of Technology. Pendant des années, le Dr Ramirez a été impliqué dans l'étude de mondes potentiellement habitables et construit des modèles climatiques pour évaluer les processus qui rendent les planètes habitables.
Comme le Dr Ramirez l'a indiqué dans son étude, la définition la plus générique d'une zone habitable est la région circulaire autour d'une étoile où les températures de surface sur un corps en orbite seraient suffisantes pour maintenir l'eau à l'état liquide. Cependant, cela seul ne signifie pas qu'une planète est habitable, et des considérations supplémentaires doivent être prises en compte pour déterminer si la vie pourrait vraiment exister là-bas. Comme le Dr Ramirez l'a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«L'incarnation la plus populaire de la HZ est la HZ classique. Cette définition classique suppose que les gaz à effet de serre les plus importants dans les planètes potentiellement habitables sont le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. Elle suppose également que l'habitabilité sur de telles planètes est soutenue par le cycle carbonate-silicate, comme c'est le cas pour la Terre. Sur notre planète, le cycle carbonate-silicate est alimenté par la tectonique des plaques.
«Le cycle carbonate-silicate régule le transfert de dioxyde de carbone entre l'atmosphère, la surface et l'intérieur de la Terre. Il agit comme un thermostat planétaire sur de longues périodes et garantit qu'il n'y a pas trop de CO2 dans l'atmosphère (la planète devient trop chaude) ou trop peu (la planète devient trop froide). Le HZ classique suppose également (typiquement) que les planètes habitables possèdent des stocks d'eau totaux (par exemple, l'eau totale dans les océans et les mers) de taille similaire à celle de la Terre.
C'est ce que l'on peut appeler l'approche des «fruits bas», où les scientifiques ont recherché des signes d'habitabilité basés sur ce que nous, les humains, connaissons le mieux. Étant donné que le seul exemple d'habitabilité que nous avons est la planète Terre, les études sur les exoplanètes se sont concentrées sur la recherche de planètes qui ressemblent à la Terre en composition (c.-à-d. Rocheuses), en orbite et en taille.
Cependant, ces dernières années, cette définition a été remise en question par de nouvelles études. Alors que la recherche sur les exoplanètes s'est éloignée de la simple détection et confirmation de l'existence de corps autour d'autres étoiles et est passée à la caractérisation, de nouvelles formulations de HZ ont émergé qui ont tenté de capturer la diversité des mondes potentiellement habitables.
Comme l'a expliqué le Dr Ramirez, ces nouvelles formulations ont complimenté les notions traditionnelles des HZ en considérant que les planètes habitables peuvent avoir des compositions atmosphériques différentes:
«Par exemple, ils considèrent l'influence de gaz à effet de serre supplémentaires, comme le CH4 et le H2, qui ont tous deux été considérés comme importants pour les conditions précoces sur Terre et sur Mars. L'addition de ces gaz rend la zone habitable plus large que ce qui serait prédit par la définition classique de HZ. C'est formidable, car des planètes supposées être en dehors de la zone HZ, comme TRAPPIST-1h, peuvent maintenant être à l'intérieur. Il a également été avancé que les planètes avec des atmosphères denses de CO2-CH4 près du bord extérieur du HZ d'étoiles plus chaudes peuvent être habitées car il est difficile de maintenir de telles atmosphères sans la présence de la vie. "
L'une de ces études a été menée par le Dr Ramirez et Lisa Kaltenegger, professeur agrégé au Carl Sagan Institute de l'Université Cornell. Selon un article produit en 2017, paru dans le Astrophysical Journal Letters,les chasseurs d'exoplanètes pourraient trouver des planètes qui deviendraient un jour habitables en fonction de la présence d'une activité volcanique - qui serait discernable par la présence d'hydrogène gazeux (H2) dans leurs atmosphères.
Cette théorie est une extension naturelle de la recherche de conditions «semblables à la Terre», qui considère que l'atmosphère de la Terre n'a pas toujours été comme elle l'est aujourd'hui. Fondamentalement, les scientifiques planétaires théorisent qu'il y a des milliards d'années, l'atmosphère primitive de la Terre était abondamment approvisionnée en hydrogène gazeux (H2) en raison du dégazage volcanique et de l'interaction entre les molécules d'hydrogène et d'azote dans cette atmosphère est ce qui a maintenu la Terre au chaud assez longtemps pour que la vie se développe.
Dans le cas de la Terre, cet hydrogène s'est finalement échappé dans l'espace, ce qui serait le cas pour toutes les planètes terrestres. Cependant, sur une planète où les niveaux d'activité volcanique sont suffisants, la présence d'hydrogène gazeux dans l'atmosphère pourrait être maintenue, permettant ainsi un effet de serre qui maintiendrait la chaleur de leurs surfaces. À cet égard, la présence d'hydrogène gazeux dans l'atmosphère d'une planète pourrait prolonger le HZ d'une étoile.
Selon Ramirez, il y a aussi le facteur temps, qui n'est généralement pas pris en compte lors de l'évaluation des HZ. En bref, les étoiles évoluent au fil du temps et émettent différents niveaux de rayonnement en fonction de leur âge. Cela a pour effet de modifier l'endroit où le HZ d'une étoile atteint, ce qui peut ne pas englober une planète qui est actuellement à l'étude. Comme l'a expliqué Ramirez:
«[I] t a été démontré que les naines M (étoiles vraiment fraîches) sont si brillantes et chaudes quand elles se forment pour la première fois qu'elles peuvent dessécher toutes les jeunes planètes qui seront par la suite déterminées comme étant dans la HZ classique. Cela souligne le fait que ce n'est pas parce qu'une planète est actuellement située dans la zone habitable qu'elle est réellement habitable (et encore moins habitée). Nous devrions pouvoir faire attention à ces cas.
Enfin, il y a la question de savoir quels types d'astronomes du système stellaire ont observé dans la chasse aux exoplanètes. Alors que de nombreuses enquêtes ont examiné l'étoile naine jaune de type G (qui est notre Soleil), de nombreuses recherches se sont concentrées sur les étoiles de type M (naine rouge) récemment en raison de leur longévité et du fait qu'elles croyaient être les plus endroit probable pour trouver des planètes rocheuses qui orbitent dans les HZ de leurs étoiles.
"Alors que la plupart des études précédentes se sont concentrées sur les systèmes à une seule étoile, des travaux récents suggèrent que des planètes habitables peuvent être trouvées dans des systèmes stellaires binaires ou même des systèmes nains géants rouges ou blancs, des planètes potentiellement habitables peuvent également prendre la forme de mondes désertiques ou même de mondes océaniques sont beaucoup plus humides que la Terre », explique Ramirez. "De telles formulations non seulement élargissent considérablement l'espace des paramètres des planètes potentiellement habitables à rechercher, mais elles nous permettent de filtrer les mondes les plus (et les moins) susceptibles d'héberger la vie."
En fin de compte, cette étude montre que le HZ classique n'est pas le seul outil qui peut être utilisé pour évaluer la possibilité d'une vie extraterrestre. En tant que tel, Ramirez recommande qu'à l'avenir, les astronomes et les chasseurs d'exoplanètes complètent le HZ classique avec les considérations supplémentaires soulevées par ces nouvelles formulations. Ce faisant, ils pourront peut-être un jour maximiser leurs chances de retrouver la vie.
"Je recommande que les scientifiques accordent une attention particulière aux premiers stades des systèmes planétaires, car cela aide à déterminer la probabilité qu'une planète qui se trouve actuellement dans la zone habitable actuelle vaille la peine d'être étudiée davantage pour plus de preuves de la vie", a-t-il déclaré. «Je recommande également que les différentes définitions HZ soient utilisées conjointement afin que nous puissions déterminer au mieux quelles planètes sont les plus susceptibles d'héberger la vie. De cette façon, nous pouvons classer ces planètes et déterminer celles sur lesquelles passer le plus de temps et d'énergie de notre télescope. En cours de route, nous testerions également la validité du concept HZ, notamment en déterminant à quel point le cycle carbonate-silicate est universel à l'échelle cosmique. »
