Détecter les exoplanètes, c’est bien. Mais détecter des signes de vie sur ces mêmes planètes serait encore mieux. Pour y arriver, des chercheurs concentrent leurs efforts sur la détection d’oxygène, l’un des principaux gaz associés à la vie.

Mathieu Perreault Mathieu Perreault
La Presse

Pleins feux sur l’oxygène extraterrestre

Mesurer l’oxygène de l’atmosphère des exoplanètes est très difficile. Une équipe franco-américaine vient de trouver une nouvelle façon très prometteuse de traquer ce gaz étroitement associé à la vie.

De l’espoir avec le James Webb

Le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu pour mars 2021, comporte de puissants instruments capables de détecter l’oxygène dans l’atmosphère des exoplanètes, en orbite autour d’autres étoiles. « Le problème, c’est que, jusqu’à maintenant, les techniques utilisées pour détecter cet oxygène ne sont pas assez puissantes pour détecter l’oxygène sur une planète identique à la Terre », explique Thomas Fauchez, astrophysicien français qui travaille à la NASA. Dans une nouvelle étude publiée au début de janvier dans la revue Nature Astronomy, le chercheur explique avoir trouvé comment contourner cette difficulté. « On utilise trois longueurs d’onde problématiques, qui ne donneront des résultats que si la concentration d’oxygène ou la pression atmosphérique sont très élevées. Nous identifions une autre bande, avec une longueur d’onde plus élevée, où le signal de l’oxygène est beaucoup plus puissant. Cette bande pourra être analysée par le James Webb. Elle était utilisée pour analyser l’oxygène dans les sciences de la Terre, mais personne n’avait pensé à le faire pour les exoplanètes. »

Une cinquantaine de cibles

Cette nouvelle technique de détection de l’oxygène ne fonctionnera que pour les exoplanètes situées à moins de 16 années-lumière de la Terre, mais M. Fauchez pense qu’il pourra tout de même bénéficier d’une cinquantaine de cibles quand le James Webb sera en exploitation. Il n’y a actuellement qu’une cinquantaine de planètes habitables identifiées. Mais il y en aura probablement beaucoup plus dans quelques années. Par exemple, seulement la moitié des exoplanètes « candidates » découvertes par le télescope spatial américain Kepler ont été confirmées. Un autre télescope spatial américain détecteur d’exoplanètes, TESS, a été lancé fin 2018.

IMAGE FOURNIE PAR LA NASA

Le télescope spatial Kepler

L’oxygène des géantes gazeuses

Jusqu’à maintenant, de l’oxygène a été détecté seulement dans l’atmosphère de « géantes gazeuses », des exoplanètes semblables à Jupiter. « Hubble peut analyser l’atmosphère de géantes gazeuses, mais pas de planètes rocheuses de la taille de la Terre, dit M. Fauchez. C’est de l’oxygène abiotique, qui n’est pas associé à la vie. » Il peut aussi y avoir de l’oxygène abiotique sur des planètes de la taille de la Terre. « Prenez une planète très proche de son étoile, dit M. Fauchez. Si cette planète avait de l’eau, elle s’est évaporée. Sous l’effet des rayons ultraviolets, la vapeur d’eau dans l’atmosphère se photodissocie en oxygène et en hydrogène. Ça n’a rien à voir avec la vie. »

Les très grands télescopes

D’autres télescopes pourront dans l’avenir détecter l’oxygène des exoplanètes : les trois « très grands télescopes », dont les lentilles feront entre 30 et 40 m (contre 10 m pour les télescopes terrestres actuels), qui seront construits à Hawaii et au Chili. « Les très grands télescopes sont prévus pour l’horizon 2025-2030, dit M. Fauchez. Ils seront théoriquement assez puissants pour détecter l’oxygène des exoplanètes. Mais il faudra pour ce faire trouver une manière d’enlever le signal de l’oxygène de l’atmosphère terrestre. »

Les brumes de méthane

Pour conclure qu’une exoplanète abrite la vie, il ne faudrait pas seulement trouver de l’oxygène, mais aussi du méthane, selon M. Fauchez. Mais pour le moment, la capacité de détection de ce gaz est « très limitée ». « C’est possible que le James Webb soit capable, dit M. Fauchez, qui a publié juste avant Noël un article sur le méthane dans les exoplanètes habitables du système TRAPPIST-1. Le problème, c’est que pendant longtemps, la Terre a été entourée d’une brume photochimique semblable à la pollution dans les villes. Cette brume est engendrée par le méthane. Si une telle brume existe dans des exoplanètes abritant la vie, dont l’atmosphère a de l’oxygène et du méthane, on ne pourra pas analyser cette atmosphère. »

Le problème du monoxyde de carbone

La définition de zone habitable pour les exoplanètes pose par ailleurs problème, selon une étude publiée l’été dernier dans l’Astrophysical Journal par l’un des coauteurs de l’étude de Nature Astronomy, Edward Schwieterman, de l’Université de Californie à Riverside. « Mon collègue montre que dans certaines portions de la zone habitable qu’on utilise actuellement, la vie pourrait être possible, mais seulement une forme de vie très peu évoluée, dit M. Fauchez. Prenez par exemple la fosse des Mariannes, dans le Pacifique [à 10 km de profondeur]. On y trouve de la vie, mais à ces pressions, ce n’est pas de la vie très complexe. » L’étude de M. Schwieterman dans l’Astrophysical Journal pose notamment le problème du monoxyde de carbone, un gaz toxique plus abondant dans l’atmosphère de planètes en orbite autour de naines brunes, des étoiles moins chaudes que notre Soleil. Beaucoup des exoplanètes habitables identifiées sont justement en orbite autour de naines rouges ou brunes.

Détecter les exoplanètes différemment

Deux nouvelles méthodes de détection des exoplanètes viennent par ailleurs d’être proposées. La plus originale, décrite à la fin de décembre dans la revue Nature Astronomy, permet d’utiliser des télescopes terrestres pour observer des planètes rocheuses de la taille de la Terre en orbite très près de leur étoile. « Ces planètes sont si chaudes que le roc s’évapore, ce qui crée un disque de poussière autour de l’étoile », explique l’auteure principale des études, Carole Haswell, de l’Université ouverte de Milton Keynes, en Grande-Bretagne. « Ce disque de poussière bloque la lumière de la chromosphère, la couche extérieure des étoiles. On peut identifier ce blocage de la chromosphère. » La prochaine étape du projet Dispersed Matter Planet, que dirige Mme Haswell, est d’analyser la composition chimique des planètes grâce à ces disques de poussière. « Ça va nous apprendre beaucoup de choses sur la formation, la composition et l’évolution des planètes », dit Mme Haswell. Une autre approche économique fait appel aux « cubesats », de petits satellites de 10 cm de côté. La NASA a dévoilé lors d’un récent congrès d’astronomie à Hawaii que le cubesat Asteria, dont le budget n’était que de 8,2 millions US, a réussi à observer des exoplanètes déjà connues.

La question des élèves

>> Regardez la question posée par des élèves de première secondaire du Collège Durocher, à Saint-Lambert

Question : Plusieurs hypothèses ont été émises en ce qui concerne une neuvième planète dans notre Système solaire, est-ce possible et y a-t-il des projets de l’Agence spatiale afin d’explorer cette possibilité ?

Réponse : Depuis 2016, des astronomes de l’Institut Caltech traquent une mystérieuse neuvième planète du Système solaire, qui serait un peu plus grosse que la Terre. Jusqu’à maintenant, ils n’ont pas réussi à l’observer, même s’ils pensaient avoir 44 % de chances de faire cette découverte lors de leur dernière séquence d’observation, en décembre 2018.

De 1930 à 2006, Pluton était la neuvième planète du Système solaire. Mais la découverte d’autres objets de taille similaire près de Pluton a forcé les astronomes à la reléguer dans la catégorie des « planètes naines ».

L’existence d’une vraie neuvième planète, qui serait assez massive pour avoir éliminé tous les astéroïdes sur son orbite, a été proposée en 2014 par des astronomes de la Carnegie Institution à Washington. Ils basaient leur hypothèse sur l’orbite elliptique d’une douzaine d’« objets transneptuniens ». Ces objets sont situés, malgré leur nom, encore plus loin que la ceinture de Kuiper, dont fait partie Pluton, qui est elle-même bien au-delà de l’orbite de Neptune. Cette orbite elliptique des objets transneptuniens ressemble à une fleur n’ayant des pétales que d’un côté. Sans la présence d’une neuvième planète, il est difficile d’expliquer pourquoi ces astéroïdes et planètes mineures vont tous du même côté du Soleil en même temps.

Des astronomes de Caltech, en Californie, ont affiné en 2016 l’hypothèse de la neuvième planète. Son orbite elliptique la placerait entre 200 et 1200 fois plus loin du Soleil que la Terre, et elle serait de deux à quatre fois plus large et 10 fois plus massive que notre planète. En comparaison, l’orbite de Pluton va de 30 à 49 « unités astronomiques », la distance entre la Terre et le Soleil.

Les sceptiques qui contestent l’hypothèse de la « neuvième planète » ont trois principaux arguments. Tout d’abord, ils pensent qu’il y a un « biais de sélection » dans l’observation d’objets transneptuniens, qui favorise la détection d’objets similaires. Ensuite, ils notent que le « signal » de la neuvième planète, les preuves théoriques qu’elle existe, ne se renforce pas avec les années, alors que ce devrait être le cas au fur et à mesure qu’on découvre d’autres objets transneptuniens. Finalement, les modèles actuels de formation de planètes ne cadrent pas avec la présence d’une planète si lointaine.

Pour le moment, seuls des astronomes universitaires ont des projets de détection de la neuvième planète. Aucune agence spatiale n’a de programme spécifique sur cette question.

Dans le cadre d’un projet spécial, des écoles québécoises ont soumis des questions scientifiques à notre journaliste, qui y répondra d’ici à la fin de l’année scolaire. Si votre école désire participer au projet, où que vous soyez au Québec, écrivez-nous !