Des astrophysiciens identifient une nouvelle classe d’exoplanètes habitables, les planètes « hycéennes »

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| Cambridge University

Dans la recherche de la vie ailleurs, les astronomes ont principalement recherché des planètes de taille, de masse, de température et de composition atmosphérique similaires à la Terre. Cependant, certains astrophysiciens pensent que d’autres planètes, un peu différentes de notre belle planète bleue, pourraient s’avérer aussi – voire plus – intéressantes pour la recherche de vie. C’est notamment le cas d’une équipe de chercheurs de Cambridge qui a tourné son attention vers une nouvelle catégorie d’exoplanètes : les planètes hycéennes.

Des chercheurs ont identifié une nouvelle classe de planètes habitables, surnommées planètes « hycéennes » – des planètes couvertes d’océans avec des atmosphères riches en hydrogène –, qui sont plus nombreuses et observables que les planètes semblables à la Terre. Les chercheurs expliquent que les résultats, rapportés dans The Astrophysical Journal, pourraient signifier que trouver des biosignatures de la vie en dehors de notre système solaire dans les prochaines années est une réelle possibilité.

« Les planètes hycéennes ouvrent une toute nouvelle voie dans notre recherche de vie ailleurs », déclare Nikku Madhusudhan, de l’Institut d’astronomie de Cambridge. Bon nombre des principaux candidats hycéens identifiés par les chercheurs sont plus gros et plus chauds que la Terre, mais ont toujours les caractéristiques d’accueillir de grands océans qui pourraient soutenir une vie microbienne similaire à celle trouvée dans certains des environnements aquatiques les plus extrêmes de la Terre.

Ces planètes permettent également une zone habitable beaucoup plus large, ou « zone Goldilocks », par rapport aux planètes semblables à la Terre. Cela signifie qu’elles pourraient toujours soutenir la vie même si elles se trouvent en dehors de la plage où une planète similaire à la Terre devrait se trouver pour être habitable.

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Exoplanètes et conditions pour abriter la vie

Des milliers de planètes en dehors de notre système solaire ont été découvertes depuis que la première exoplanète a été identifiée il y a près de 30 ans. La grande majorité sont des planètes entre les tailles de la Terre et de Neptune et sont souvent appelées « super-Terres » ou « mini-Neptunes » : elles peuvent être principalement des géantes rocheuses ou de glace avec des atmosphères riches en hydrogène, ou quelque chose entre les deux.

La plupart des mini-Neptunes font plus de 1.6 fois la taille de la Terre : plus petites que Neptune, mais trop grandes pour posséder des intérieurs rocheux comme la Terre. Des études antérieures sur de telles planètes ont montré que la pression et la température sous leurs atmosphères riches en hydrogène seraient trop élevées pour soutenir la vie.

Cependant, une étude récente sur la mini-Neptune K2-18b par l’équipe de Madhusudhan a révélé que dans certaines conditions, ces planètes pouvaient supporter la vie. Le résultat a conduit à une étude détaillée concernant la gamme complète des propriétés planétaires et stellaires pour lesquelles ces conditions sont possibles, quelles exoplanètes connues peuvent satisfaire ces conditions et si leurs biosignatures peuvent être observables.

Des planètes-océan à l’atmosphère riche en hydrogène

L’enquête a conduit les chercheurs à identifier une nouvelle classe de planètes, les planètes hycéennes, avec des océans massifs à l’échelle de la planète sous des atmosphères riches en hydrogène. Les planètes hycéennes peuvent être jusqu’à 2.6 fois plus grandes que la Terre et avoir des températures atmosphériques allant jusqu’à près de 200 degrés Celsius, selon leurs étoiles hôtes, mais leurs conditions océaniques pourraient être similaires à celles propices à la vie microbienne dans les océans de la Terre.

graphique rayon masse planetes hyceennes
Graphique organisant différents types d’exoplanètes en fonction de leur rayon et de leur masse ; les planètes hycéennes (turquoise) et hycéennes sombres (rouge) sont indiquées par les zones colorées pleines. © Nikku Madhusudhan et al. 2021

De telles planètes comprennent également des mondes hycéens « sombres » verrouillés par les marées, qui peuvent avoir des conditions habitables uniquement sur leurs côtés nocturnes permanents, et des mondes hycéens « froids », qui reçoivent peu de rayonnement de leurs étoiles. Les planètes de cette taille dominent la population d’exoplanètes connues, bien qu’elles n’aient pas été étudiées avec autant de détails que les super-Terres. Les mondes hycéens sont probablement assez courants, ce qui signifie que les endroits les plus prometteurs pour chercher la vie ailleurs dans la galaxie se sont peut-être cachés à la vue de tous.

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Cependant, la taille seule ne suffit pas à confirmer si une planète est hycéenne : d’autres aspects tels que la masse, la température et les propriétés atmosphériques sont nécessaires pour le confirmer. Lorsqu’ils essaient de déterminer quelles sont les conditions sur une planète à plusieurs années-lumière, les astronomes doivent d’abord déterminer si la planète se trouve dans la zone habitable de son étoile, puis rechercher des signatures moléculaires pour déduire la structure atmosphérique et interne de la planète, qui régissent les conditions de surface, la présence des océans et le potentiel de vie.

La recherche de biosignatures sur les planètes hycéennes

Les astronomes recherchent également certaines biosignatures qui pourraient indiquer la présence potentielle de la vie. Le plus souvent, il s’agit de l’oxygène, l’ozone, le méthane et le protoxyde d’azote, tous présents sur Terre. Il existe également un certain nombre d’autres biomarqueurs, tels que le chlorure de méthyle et le sulfure de diméthyle, qui sont moins abondants sur Terre, mais peuvent être des indicateurs prometteurs de la vie sur des planètes dotées d’atmosphères riches en hydrogène, où l’oxygène ou l’ozone peuvent ne pas être aussi abondants.

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« Lorsque nous avons recherché ces diverses signatures moléculaires, nous nous sommes concentrés sur des planètes similaires à la Terre, ce qui est un point de départ raisonnable. Mais nous pensons que les planètes hycéennes offrent une meilleure chance de trouver plusieurs traces de biosignatures. C’est intéressant que des conditions habitables puissent exister sur des planètes si différentes de la Terre », explique Anjali Piette, également de Cambridge.

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Madhusudhan et son équipe ont découvert qu’un certain nombre de traces de biomarqueurs terrestres qui devraient être présentes dans les atmosphères hycéennes seraient facilement détectables avec des observations spectroscopiques dans un proche avenir. Les tailles plus grandes, les températures plus élevées et les atmosphères riches en hydrogène des planètes hycéennes rendent leurs signatures atmosphériques beaucoup plus détectables que celles des planètes semblables à la Terre.

L’équipe de Cambridge a identifié un échantillon important de mondes hycéens potentiels qui sont des candidats de choix pour une étude détaillée avec des télescopes de nouvelle génération, tels que le télescope spatial James Webb (JWST), qui doit être lancé plus tard cette année. Ces planètes orbitent toutes autour d’étoiles naines rouges entre 35 et 150 années-lumière : proches selon les normes astronomiques. Les observations par le JWST déjà prévues du candidat le plus prometteur, K2-18b, pourraient conduire à la détection d’une ou plusieurs molécules de biosignature.

Sources : The Astrophysical Journal

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