Une exoplanète de la taille de la Terre dans peut-être le système extraterrestre le plus prometteur pour les signes de vie n’est probablement pas habitable pour la vie telle que nous la connaissons.
De nouvelles observations du télescope spatial James Webb révèlent que le monde le plus profond du système TRAPPIST-1, une exoplanète nommée TRAPPIST-1b avec 1,4 fois la masse et 1,1 fois le rayon de la Terre, atteint un grésillement de 230 degrés Celsius (446 degrés Fahrenheit) , et est peu susceptible d’avoir une atmosphère enroulée autour de son corps rocheux.
Ce n’est pas une surprise; TRAPPIST-1b est si proche de son étoile hôte qu’il tourne autour en seulement 1,5 jour, recevant 4 fois l’irradiation stellaire que la Terre reçoit ; mais c’est la première fois que nous avons pu faire ces mesures pour un monde aussi petit et cool – le plus proche, en fait, de notre propre planète à ce jour.
Et, bien sûr, les informations aideront les scientifiques à en savoir plus sur les six autres exoplanètes connues pour être en orbite autour de l’étoile naine rouge TRAPPIST-1, un système dont l’habitabilité potentielle est inconnue.
“Il est plus facile de caractériser les planètes terrestres autour d’étoiles plus petites et plus froides”, explique l’astronome Elsa Ducrot du Commissariat aux énergies alternatives et à l’énergie atomique (CEA) en France.
“Si nous voulons comprendre l’habitabilité autour des étoiles M, le système TRAPPIST-1 est un excellent laboratoire. Ce sont les meilleures cibles dont nous disposons pour observer les atmosphères des planètes rocheuses.”
Comparaison de la température mesurée de TRAPPIST-1b avec des objets du système solaire et divers modèles. (NASA, ESA, CSA, J. Olmsted/STScI, TP Greene/NASA Ames, T. Bell/BAERI, E. Ducrot & P. Lagage/CEA)
La découverte du système TRAPPIST-1 a été signalée en 2017, sept exoplanètes rocheuses en orbite autour d’une étoile naine M rouge à 40 années-lumière. Trois de ces exoplanètes se trouvent dans la soi-disant zone habitable de l’étoile – à une distance de l’étoile qui n’est pas si proche que toute l’eau liquide bouillirait, ni si loin qu’elle gèlerait.
C’est une cible vraiment alléchante dans la recherche de vie en dehors du système solaire, mais TRAPPIST-1 présente des différences majeures par rapport au système solaire qui soulèvent des questions quant à savoir si la vie pourrait ou non y émerger.
Les mondes qui l’entourent sont beaucoup plus proches de l’étoile que notre système d’origine, avec le plus éloigné sur une orbite de seulement 18,8 jours. Étant donné que les étoiles naines rouges sont beaucoup plus petites, plus sombres et plus froides que le Soleil, cela signifie que la zone habitable est beaucoup plus proche de l’étoile… mais les étoiles naines rouges sont beaucoup plus violentes que le Soleil, fouettant l’espace autour d’elles avec de puissantes fusées éclairantes.
“Il y a dix fois plus de ces étoiles dans la Voie lactée qu’il y a d’étoiles comme le Soleil, et elles sont deux fois plus susceptibles d’avoir des planètes rocheuses que des étoiles comme le Soleil”, explique l’astrophysicien Thomas Greene du centre de recherche Ames de la NASA.
“Mais ils sont aussi très actifs – ils sont très brillants quand ils sont jeunes et ils émettent des fusées éclairantes et des rayons X qui peuvent anéantir une atmosphère.”
TRAPPIST-1b est la première étape pour comprendre comment cette activité a pu affecter le système. Des études antérieures utilisant des instruments comme Hubble et Spitzer avaient exclu une atmosphère ténue et gonflée autour de l’exoplanète, mais la possibilité que TRAPPIST-1b abritait encore une atmosphère épaisse et dense subsistait.
C’est là que les capacités infrarouges de JWST sont apparues. Les chercheurs ont exploité la puissance unique du télescope spatial pour tenter de mesurer la température de TRAPPIST-1b – la lumière infrarouge émise par le rayonnement thermique émanant de l’exoplanète.
Un diagramme des changements de la lumière d’une étoile lorsqu’une exoplanète orbite. (J. Winn, arXiv, 2014)
La clé était dans la courbe de lumière produite lorsque l’exoplanète orbite autour de l’étoile. Lorsqu’une exoplanète en orbite passe entre nous et l’étoile, l’exoplanète bloque une partie de la lumière de l’étoile, la faisant s’assombrir un peu.
Mais lorsque l’exoplanète passe derrière l’étoile – un événement connu sous le nom d’éclipse secondaire – une gradation peut également être observée.
En effet, lorsque l’exoplanète se trouve de chaque côté de l’étoile, elle réfléchit une partie de la lumière de l’étoile, en plus d’émettre son propre rayonnement, augmentant la lumière globale observable depuis le système. Cela signifie que toute lumière observée pendant l’éclipse secondaire est émise par l’étoile seule.
En extrayant la lumière supplémentaire qui peut être détectée lorsque l’exoplanète est éteinte de chaque côté, ainsi que la lumière stellaire réfléchie estimée, les scientifiques peuvent déterminer la quantité de rayonnement infrarouge émise par l’exoplanète elle-même, prenant ainsi sa température. Et cela, à son tour, peut révéler la présence ou l’absence d’une atmosphère.
“Cette planète est verrouillée par les marées, avec un côté tourné vers l’étoile à tout moment et l’autre dans l’obscurité permanente”, explique l’astronome du CEA Pierre-Olivier Lagage du CEA. “S’il y a une atmosphère pour faire circuler et redistribuer la chaleur, le côté jour sera plus frais que s’il n’y a pas d’atmosphère.”
Les chercheurs ont pu capturer cinq éclipses secondaires pour TRAPPIST-1b et extraire de ces événements une température diurne d’environ 230 degrés Celsius. Cette température, bien que plus froide que celle du côté jour de Mercure dans le système solaire, ne correspond pas à la présence d’une atmosphère.
“Nous avons comparé les résultats à des modèles informatiques montrant ce que devrait être la température dans différents scénarios”, explique Ducrot.
“Les résultats sont presque parfaitement cohérents avec un corps noir fait de roche nue et sans atmosphère pour faire circuler la chaleur. Nous n’avons également vu aucun signe de lumière absorbée par le dioxyde de carbone, ce qui serait apparent dans ces mesures.”
Les travaux futurs, selon les chercheurs, pourraient caractériser davantage la distribution globale de la chaleur de TRAPPIST-1b, afin de mieux comprendre les planètes rocheuses en orbite autour d’étoiles naines rouges, et en quoi ces systèmes diffèrent du nôtre.
La recherche a été publiée dans Nature.
