La relativité générale pourrait être la clé des exoplanètes habitables autour d’étoiles mortes

Elle stabiliserait l’orbite des exoplanètes orbitant autour des naines blanches, les rendant plus propices à la vie.

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| NASA
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Si les modélisations suggéraient initialement que les exoplanètes en orbite autour des naines blanches avaient très peu de chances d’abriter la vie, les effets de la relativité générale pourraient les rendre plus habitables, selon une étude. Ils stabiliseraient l’orbite des planètes de sorte qu’elles soient suffisamment chaudes pour abriter de l’eau liquide, mais pas assez pour que celle-ci s’évapore de la surface. Ces résultats pourraient élargir les cibles potentielles dans la recherche de vie extraterrestre.

Les planètes orbitant autour d’étoiles de masse plus ou moins équivalente à celle du Soleil ou les lunes glacées constituent actuellement les principales cibles en matière de recherche de la vie extraterrestre. Cela est dû au fait qu’elles disposent de caractéristiques spécifiques qui les rendent plus susceptibles d’abriter la vie, notamment un emplacement dans la zone habitable de l’étoile (la région où l’eau peut rester liquide à la surface sans s’évaporer ou geler).

Les naines blanches, des restes d’étoiles de faible masse comme le Soleil, ont également été identifiées comme des hôtes potentiels de planètes habitables. Elles abritent, elles aussi, des planètes proches orbitant au niveau de zones habitables. Aucune exoplanète potentiellement habitable et avec de l’eau liquide n’a cependant été détectée à proximité des naines blanches, probablement en raison de difficultés d’observation liées à la courte durée de leurs transits.

D’autre part, les zones habitables se situent généralement entre environ 0,005 et 0,02 unités astronomiques (ou UA – 1 UA équivaut à la distance Terre-Soleil, soit environ 150 millions de kilomètres). Elles se situeraient donc à l’intérieur du rayon supposé du rémanent stellaire lorsque les naines blanches étaient des géantes rouges, et la taille de ces zones habitables diminuerait à mesure que les naines blanches refroidissent.

La présence de planètes à des rayons où elles auraient dû être englouties pendant la phase de géante rouge suggère que la formation et la migration planétaires restent des processus actifs même après la fin de vie des étoiles de la séquence principale. Autrement dit, les planètes orbitant autour des naines blanches pourraient avoir déjà existé au cours de la vie de leurs étoiles hôtes, et avoir survécu à l’évolution de ces dernières. Elles pourraient aussi s’être formées après la fin de vie des étoiles, probablement à partir des débris de planètes désintégrées par l’expansion des géantes rouges.

Cependant, même si elles existaient au niveau des zones habitables de naines blanches, l’un des principaux défis à l’habitabilité de ces planètes réside dans la possibilité d’un effet de serre incontrôlable dû à l’interaction gravitationnelle entre les planètes. Dans le cadre d’une nouvelle étude prépubliée sur le serveur arXiv, des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison suggèrent que les effets de la relativité générale d’Einstein pourraient annuler cet effet et rendre les exoplanètes autour des naines blanches plus susceptibles d’abriter la vie.

La relativité générale : un facteur d’habitabilité ?

L’effet de serre excessif des planètes orbitant autour des naines blanches serait dû aux forces de marées générées par leurs interactions. Ces forces augmentent lorsqu’une planète compagne proche étire l’orbite de l’autre (par exemple celle supposée habitable), lui donnant une forme elliptique. Cela étire et comprime l’intérieur de la planète potentiellement habitable de sorte qu’une chaleur est générée par la force de friction et déclenche un effet de serre incontrôlable rendant la planète beaucoup moins susceptible d’abriter la vie.

D’après les astronomes, les planètes situées au niveau de la zone habitable des naines blanches sont particulièrement sensibles au réchauffement par effet de marée en raison de leurs orbites à courte période. « Alors qu’une planète isolée pourrait circulariser son orbite et éviter ce problème, dans un système multiplanétaire, les excentricités sont continuellement imposées », expliquent les chercheurs de la nouvelle étude.

L’équipe a effectué des simulations informatiques pour explorer la manière dont les effets de la relativité générale pourraient influer sur ces effets de marées. Les résultats ont révélé que, sans la relativité générale, la plupart des planètes situées dans la zone habitable des naines blanches sont surchauffées et donc inhabitables. En revanche, la zone habitable est significativement plus étendue avec les effets de la relativité.

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Espace paramétrique montrant l’effet de la relativité générale sur les oscillations d’excentricité dues à un compagnon planétaire extérieur pour diverses combinaisons du rapport de masse m²/m² et du rapport des demi-grands axes a²/a² . © Stafne et al.

Un « bouclier » gravitationnel dynamique

Les effets de la relativité impliqueraient que la puissante attraction gravitationnelle de la naine blanche ralentisse le déplacement de la planète sur son orbite. En d’autres termes, la gravité relativiste exercerait une influence à grande échelle, stabilisant l’orbite de la planète et empêchant celle-ci de devenir trop excentrique, même en présence de l’attraction gravitationnelle d’une planète voisine. L’effet de réchauffement dû aux forces de marées serait ainsi limité, préservant l’eau liquide à la surface de la planète potentiellement habitable.

« Nos résultats démontrent que la relativité générale peut agir comme un bouclier dynamique dans les systèmes planétaires compacts post-séquence principale. Ce rôle protecteur devrait être intégré aux futures évaluations d’habitabilité des planètes autour des naines blanches », écrivent les chercheurs dans leur étude.

D’après les chercheurs, bien que préliminaires, ces résultats pourraient aider les astronomes à identifier les cibles les plus prometteuses pour la recherche de biosignatures à l’aide d’instruments avancés comme le télescope spatial James Webb.

Source : arXiv
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