Les chercheurs espionnent à la recherche de signes de vie parmi les atmosphères des exoplanètes.

29 janvier 2024

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par Tatyana Woodall, de l'Ohio State University

Une nouvelle recherche suggère que la prochaine génération de télescopes avancés pourrait améliorer la recherche de vie extraterrestre potentielle en examinant de près les atmosphères des exoplanètes voisines.

Récemment publié dans The Astronomical Journal, un article détaille comment une équipe d'astronomes de l'Ohio State University a examiné la capacité des futurs télescopes à détecter les traces chimiques d'oxygène, de dioxyde de carbone, de méthane et d'eau sur 10 exoplanètes rocheuses. Ces éléments sont des biosignatures également présentes dans l'atmosphère terrestre et peuvent fournir des preuves scientifiques clés de la vie.

L'étude a révélé que pour un groupe de deux de ces mondes proches, Proxima Centauri b et GJ 887 b, ces télescopes sont très doués pour détecter la présence de biosignatures potentielles. Parmi les deux, les résultats montrent que seules pour Proxima Centauri b, les machines seraient capables de détecter le dioxyde de carbone s'il était présent. Bien qu'aucune exoplanète n'ait été trouvée pour correspondre précisément aux conditions initiales de la vie sur Terre, ces travaux suggèrent que si elles sont examinées plus en détail, de telles Super Terres uniques – des planètes plus massives que la Terre mais plus petites que Neptune – pourraient constituer une cible appropriée pour les futures missions de recherche.

Pour poursuivre la recherche de planètes habitables, Huihao Zhang, premier auteur de l'étude et étudiant en astronomie à l'Ohio State, et ses collègues ont également cherché à déterminer l'efficacité des instruments d'imagerie spécialisés tels que le télescope spatial James Webb (JWST) et d'autres télescopes extrêmement grands (ELT) tels que le European Extremely Large Telescope, le Thirty-Meter-Telescope et le Giant Magellan Telescope pour l'imagerie directe des exoplanètes.

"Toutes les planètes ne conviennent pas à l'imagerie directe, mais c'est pourquoi les simulations nous donnent une idée approximative de ce que les ELT auraient pu offrir et des promesses qu'ils sont censés tenir lorsqu'ils seront construits", a déclaré Zhang.

La méthode directe d'imagerie des exoplanètes consiste à utiliser un coronographe ou un parasol pour bloquer la lumière de l'étoile hôte, ce qui permet aux scientifiques de capturer une image faible du nouveau monde en orbite. Mais parce que la localisation de ces exoplanètes de cette manière peut être difficile et chronophage, les chercheurs ont cherché à évaluer la capacité des télescopes ELT à relever ce défi.

Pour ce faire, ils ont testé les capacités des instruments de chaque télescope à différencier le bruit de fond universel du bruit planétaire qu'ils visaient à capturer tout en détectant les biosignatures. Le rapport signal sur bruit, plus il est élevé, plus la longueur d'onde d'une planète est facile à détecter et à analyser.

Les résultats ont montré que le mode d'imagerie directe de l'un des instruments des ELT européens, appelé le Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, fonctionnait mieux pour trois planètes (GJ 887 b, Proxima b et Wolf 1061 c) en discernant la présence de méthane, de dioxyde de carbone et d'eau, tandis que son instrument High Angular Resolution Monolithic Optical and Near-infrared Integral field spectrograph pouvait détecter le méthane, le dioxyde de carbone, l'oxygène et l'eau, mais nécessitait beaucoup plus de temps d'exposition.

De plus, étant donné que ces conclusions portaient sur des instruments qui devront percer le brouillard chimique de l'atmosphère terrestre pour avancer dans la recherche de vie cosmique, elles ont été comparées aux capacités actuelles de JWST dans l'espace, a déclaré Zhang.

"Il est difficile de dire si les télescopes spatiaux sont meilleurs que les télescopes terrestres, car ils sont différents", a-t-il dit. "Ils ont des environnements différents, des emplacements différents et leurs observations ont des influences différentes."

Dans ce cas, les résultats ont révélé que, bien que GJ 887 b soit l'une des cibles les plus appropriées pour l'imagerie directe des ELT en raison de sa position et de sa taille qui entraînent un rapport signal sur bruit particulièrement élevé, pour certaines planètes en transit, telles que le système TRAPPIST-1, les techniques de JWST pour l'étude des atmosphères planétaires sont plus adaptées à leur détection que l'imagerie directe des ELT sur Terre.

Mais parce que l'étude a adopté une hypothèse plus conservatrice avec les données, Zhang a déclaré que l'efficacité réelle des outils astronomiques futurs pourrait encore surprendre les scientifiques. Et malgré les nuances subtiles en termes de performances, ces technologies puissantes contribuent à élargir notre compréhension de l'univers et sont destinées à se compléter mutuellement, a déclaré Ji Wang, co-auteur de l'étude et professeur adjoint en astronomie à l'Ohio State. C'est pourquoi des études comme celle-ci, qui évaluent les limitations de ces technologies, sont nécessaires, a-t-il déclaré.

'The importance of simulation, especially for missions that cost billions of dollars, cannot be stressed enough,' said Wang. 'Not only do people have to build the hardware, they also try really hard to simulate the performance and be prepared to achieve those glorious results.'

In all likelihood, as the ELTs won't be completed until the tail end of the decade, researchers' next steps will settle around simulating how well future ELT instruments will take to investigating the intricacies of our own planet's rampant proofs of life.

'We want to see to what extent we can study our atmosphere to exquisite detail and how much information we can extract from it,' said Wang. 'Because if we cannot answer habitability questions with Earth's atmosphere, then there's no way we can start to answer these questions around other planets.'

Journal information: Astronomical Journal

Provided by The Ohio State University