Le télescope spatial Webb prouve que nous pouvons rechercher une vie extraterrestre sur des planètes lointaines


Les ingrédients nécessaires à la vie sont répartis dans tout l’univers. Bien que la Terre soit le seul endroit connu de l’univers qui abrite la vie, la détection de la vie au-delà de la Terre est un objectif majeur de l’astronomie moderne et de la science planétaire.

Cette histoire a également été publiée dans Vestlus

Nous sommes deux scientifiques qui étudient les exoplanètes et l’astrobiologie. Grâce en grande partie aux télescopes de nouvelle génération comme le James Webb, des scientifiques comme nous pourront bientôt mesurer la composition chimique des atmosphères des planètes autour d’autres étoiles. Espérons qu’une ou plusieurs de ces planètes auront des signes de vie chimique.

Il existe de nombreuses exoplanètes connues dans les zones habitables – pas en orbite trop près d’une étoile pour que l’eau s’évapore, mais pas trop loin pour que la planète soit gelée – marquées en vert à la fois dans le système solaire et dans le système stellaire Kepler-186 avec ses planètes. marqués b, c, d, e et f. Ames de la NASA/Institut SETI/JPL-Caltech/Wikimedia Commons

Exoplanètes habitables

La vie peut exister dans un système solaire avec de l’eau liquide – comme les aquifères souterrains sur Mars ou les océans sur la lune Europa de Jupiter. Cependant, rechercher la vie dans ces endroits est incroyablement difficile car ils sont difficiles d’accès et la détection de la vie nécessiterait l’envoi d’une sonde pour retourner des échantillons physiques.

De nombreux astronomes pensent qu’il existe une forte probabilité que des planètes orbitent autour d’autres étoiles, et il est possible que la vie y soit trouvée en premier.

Les calculs théoriques montrent qu’il y a environ 300 millions de planètes potentiellement habitables dans la seule galaxie de la Voie lactée, et plusieurs planètes de la taille de la Terre à seulement 30 années-lumière de la Terre, essentiellement les voisines galactiques de l’humanité. Jusqu’à présent, les astronomes ont découvert plus de 5 000 exoplanètes, dont des centaines d’exoplanètes potentiellement habitables, en utilisant des méthodes indirectes qui mesurent comment une planète affecte son étoile proche. Ces mesures peuvent renseigner les astronomes sur la masse et la taille de l’exoplanète, mais pas grand-chose d’autre.

Je recherche des biosignatures

Chaque matériau absorbe certaines longueurs d’onde de la lumière, comme le montre ce diagramme, qui montre les longueurs d’onde de la lumière les plus facilement absorbées par différents types de chlorophylle. Daniele Pugliesi / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Pour détecter la vie sur une planète lointaine, les astrobiologistes étudient la lumière des étoiles qui a interagi avec la surface ou l’atmosphère de la planète. Si la vie a modifié l’atmosphère ou la surface, la lumière peut véhiculer un indice appelé « biosignature ».

Pendant la première moitié de son existence, l’atmosphère terrestre a vécu sans oxygène, bien qu’elle ait eu une vie unicellulaire simple. La biosignature de la Terre était très faible à cette époque précoce. Cela a radicalement changé il y a 2,4 milliards d’années lorsqu’un nouveau genre d’algues est apparu. Les algues ont utilisé le processus de la photosynthèse, qui produit de l’oxygène libre, de l’oxygène qui n’est lié chimiquement à aucun autre élément. Depuis lors, l’atmosphère terrestre remplie d’oxygène a laissé une biosignature forte et facilement détectable sur la lumière qui la traverse.

Lorsque la lumière rebondit sur la surface d’un matériau ou traverse un gaz, certaines longueurs d’onde de lumière sont plus susceptibles d’être piégées par la surface du gaz ou du matériau que d’autres. Ce piégeage sélectif des longueurs d’onde lumineuses est la raison pour laquelle les objets ont des couleurs différentes. Les feuilles sont vertes car la chlorophylle absorbe particulièrement bien les longueurs d’onde rouges et bleues de la lumière. Lorsque la lumière frappe la feuille, les longueurs d’onde rouge et bleue sont absorbées, laissant la majeure partie de la lumière verte rebondir dans les yeux.

Le modèle de lumière manquante est déterminé par la composition spécifique du matériau avec lequel la lumière interagit. Par conséquent, les astronomes peuvent apprendre quelque chose sur la composition de l’atmosphère ou de la surface d’une exoplanète en mesurant essentiellement la couleur spécifique de la lumière provenant de la planète.

Cette méthode peut être utilisée pour détecter la présence de certains gaz atmosphériques associés à la vie, comme l’oxygène ou le méthane, car ces gaz laissent des signatures lumineuses très particulières. Il peut également être utilisé pour détecter des couleurs particulières à la surface de la planète. Par exemple, sur Terre, la chlorophylle et d’autres pigments que les plantes et les algues utilisent pour la photosynthèse piègent certaines longueurs d’onde de la lumière. Ces pigments produisent des couleurs caractéristiques qui peuvent être détectées à l’aide d’une caméra infrarouge sensible. Voir cette couleur se refléter sur la surface d’une planète lointaine indiquerait potentiellement la présence de chlorophylle.

Télescopes dans l’espace et sur Terre

Le télescope spatial James Webb est le premier télescope capable de détecter les signatures chimiques des exoplanètes, mais ses capacités sont limitées. NASA/Wikimedia Commons

La détection de ces changements subtils de lumière d’une exoplanète potentiellement habitable nécessite un télescope incroyablement puissant. À ce jour, le seul télescope capable d’un tel exploit est le nouveau télescope spatial James Webb. Lorsque James Webb a commencé ses recherches en juillet 2022, il a lu le spectre de l’exoplanète géante gazeuse WASP-96b. Le spectre a montré la présence d’eau et de nuages, mais une planète aussi grande et chaude que WASP-96b est peu susceptible d’abriter la vie.

Cependant, ces premières données montrent que James Webb est capable de détecter de faibles signatures chimiques de la lumière des exoplanètes. Dans les mois à venir, Webb prévoit de tourner ses miroirs vers TRAPPIST-1e, une planète potentiellement habitable de la taille de la Terre à seulement 39 années-lumière de la Terre.

Webb peut rechercher des biosignatures en étudiant les planètes lorsqu’elles passent devant leurs étoiles hôtes et en capturant la lumière des étoiles filtrant à travers l’atmosphère de la planète. Mais Webb n’a pas été conçu pour rechercher la vie, de sorte que le télescope ne peut étudier que quelques-uns des mondes potentiellement habitables les plus proches. Il ne peut également détecter que les changements dans les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone, de méthane et de vapeur d’eau. Bien que certaines combinaisons de ces gaz puissent indiquer la vie, Webb est incapable de détecter la présence d’oxygène non lié, le signal le plus fort pour la vie.

Les principaux concepts de futurs télescopes spatiaux encore plus puissants incluent des plans visant à bloquer la lumière brillante de l’étoile hôte d’une planète pour révéler la lumière des étoiles réfléchie par la planète. L’idée est similaire à l’utilisation de votre main pour bloquer la lumière du soleil afin de mieux voir quelque chose au loin. Les futurs télescopes spatiaux pourraient utiliser de petits masques internes ou de grands engins spatiaux externes en forme de parapluie pour ce faire. Lorsque la lumière des étoiles est bloquée, il devient beaucoup plus facile d’étudier la lumière qui rebondit sur la planète.

Il existe également trois énormes télescopes au sol actuellement en construction qui peuvent rechercher des biosignatures : le télescope géant de Magellan, le télescope de trente mètres et le télescope européen extrêmement grand. Chacun est beaucoup plus puissant que les télescopes existants sur Terre, et malgré l’inconvénient de l’atmosphère terrestre déformant la lumière des étoiles, ces télescopes sont capables de sonder les atmosphères des mondes proches à la recherche d’oxygène.

Est-ce la biologie ou la géologie ?

Même avec les télescopes les plus puissants des décennies à venir, les astrobiologistes ne pourront détecter que les fortes biosignatures produites par des mondes complètement transformés par la vie.

Malheureusement, la plupart des gaz libérés par la vie sur Terre peuvent également être produits par des processus non biologiques – les vaches et les volcans libèrent du méthane. La photosynthèse produit de l’oxygène, mais la lumière du soleil aussi lorsqu’elle divise les molécules d’eau en oxygène et en hydrogène. Il y a de fortes chances que les astronomes découvrent des faux positifs dans leur recherche de vie lointaine. Pour exclure les faux positifs, les astronomes doivent comprendre suffisamment bien la planète d’intérêt pour comprendre si ses processus géologiques ou atmosphériques peuvent imiter une biosignature.

La prochaine génération de recherches sur les exoplanètes a le potentiel de dépasser la barre des preuves extraordinaires nécessaires pour prouver l’existence de la vie. La première publication de données du télescope spatial James Webb nous donne un aperçu des progrès passionnants à venir.

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.

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