C’est une période effrénée pour les scientifiques à la recherche de vie sur des planètes lointaines. À ce jour, les astronomes ont répertorié plus de 6 000 planètes au-delà de notre système solaire et scrutent les atmosphères des mondes les plus prometteurs à la recherche de composés chimiques qui pourraient être des sous-produits de la vie. Les astrobiologistes s’intéressent particulièrement aux atmosphères semblables à celle de la Terre, qui retiennent suffisamment de chaleur pour permettre la présence d’eau liquide à la surface de la planète, ce que les scientifiques considèrent comme le facteur clé pour déterminer si une planète peut abriter la vie telle que nous la connaissons.
Mais les scientifiques veulent aussi distinguer les mondes habitables des mondes habités. Pour cela, ils doivent savoir quels types de conditions atmosphériques sur une planète peuvent s’expliquer sans la vie, afin de pouvoir identifier les planètes dont les atmosphères ne peuvent s’expliquer que par l’influence de la vie.
Pour fournir cette référence planétaire, des chercheurs de l’Université de Washington ont construit une Terre virtuelle complexe avec une modification cruciale : aucune vie.
Dans un article publié le 18 septembre dans The Planetary Science Journal, les chercheurs ont simulé les systèmes géochimiques de la Terre sur 5 milliards d’années — depuis sa formation il y a 4,5 milliards d’années jusqu’à environ 500 millions d’années dans le futur. La simulation a modélisé les échanges de composés chimiques entre le noyau, le manteau, la croûte, la surface et l’atmosphère au fil du temps. Elle a prédit avec précision 19 propriétés planétaires, comme le flux de chaleur à travers le manteau, mais a exclu l’influence de la vie sur ces systèmes. La simulation peut être généralisée pour prédire comment une atmosphère pourrait évoluer sur n’importe quelle planète rocheuse, et peut aider à identifier des preuves de vie dans les atmosphères qui ne correspondent pas au modèle.
« Ce modèle peut nous aider à voir comment des planètes habitables mais dépourvues de vie pourraient imiter des planètes vivantes », a déclaré la première auteure, Samantha Gilbert-Janizek, qui a mené ces recherches en tant que doctorante en astronomie à l’Université de Washington et qui est aujourd’hui chercheuse postdoctorale à l’Université de Californie à Riverside. « Lorsque nous interprétons les observations de l’atmosphère d’une exoplanète, cet outil nous aidera à déterminer la probabilité que ce que nous observons indique la présence de vie à la surface. »
Le travail de Gilbert-Janizek s’appuie sur un modèle développé dans le laboratoire de l’auteur principal, Rory Barnes, professeur associé d’astronomie à l’Université de Washington. Les versions antérieures du modèle simulaient le noyau, le manteau, la croûte et le rayonnement stellaire, mais n’incluaient ni la surface ni l’atmosphère.
L’atmosphère d’une planète est façonnée par de nombreux facteurs non biologiques, notamment la chaleur et les gaz provenant de l’intérieur de la planète et de son étoile. Mais l’atmosphère d’une planète lointaine est aussi le lieu où les astronomes espèrent repérer des preuves explicites de vie.
La vie peut modifier une atmosphère de bien des manières : sur Terre, les plantes et les animaux rejettent en continu des flux d’oxygène et de méthane dans le ciel. Ces deux éléments se détruisent mutuellement lorsqu’ils se mélangent. Ainsi, un astronome extraterrestre étudiant notre planète pourrait suspecter qu’une forme de vie réapprovisionne le stock de ces deux gaz.
C’est cette logique qui a conduit l’astronome humaine Gilbert-Janizek à ajouter la modélisation de la surface et de l’atmosphère à la simulation existante de la Terre, complétant ainsi le tableau des déplacements des composés chimiques à travers tous les systèmes terrestres.
Le résultat est un modèle qui peut être ajusté pour étudier n’importe quelle exoplanète rocheuse que les astrobiologistes jugent intéressante. Les chercheurs peuvent entrer les données de base de cette planète et exécuter la simulation pour voir si le modèle peut reproduire l’atmosphère observée sans l’influence de la vie. S’ils n’obtiennent aucune correspondance, la planète en question devient encore plus intéressante.
« Le travail de la Dre Gilbert-Janizek représente une étape passionnante vers la compréhension des endroits où la vie peut exister dans l’univers », a déclaré Barnes. « Après plus d’une décennie de travail mené par de nombreux scientifiques, la Dre Gilbert-Janizek a enfin achevé un modèle de la Terre qui reproduit simultanément les propriétés du noyau, du manteau, de la surface et de l’atmosphère terrestres. Cette calibration nous donne confiance dans le fait que les futures simulations d’exoplanètes seront précises. »
Selon Gilbert-Janizek, ce modèle nouveau et amélioré peut également contribuer à orienter la conception des futurs télescopes destinés à étudier des planètes lointaines, comme le projet d’Habitable Worlds Observatory.
« Réaliser les objectifs ambitieux d’un télescope comme l’Habitable Worlds Observatory nécessite des décennies de travail à travers de nombreuses générations de scientifiques », a déclaré Gilbert-Janizek. « Je suis très reconnaissante de rejoindre cette lignée et de pouvoir, un jour, passer le flambeau à la prochaine génération, afin que nous puissions continuer à nous attaquer à cette question de savoir si nous sommes ou non seuls dans l’univers. »
Les autres coauteurs de l’Université de Washington comprennent d’anciens doctorants en astronomie, Jessica Birky, aujourd’hui chercheuse postdoctorale à l’Université de l’Oklahoma, et Rodolfo Garcia, aujourd’hui enseignant dans un lycée de la région de Seattle.
Article : A Whole-planet Model of the Earth without Life for Terrestrial Exoplanet Studies – Journal : The Planetary Science Journal – DOI : Lien vers l’étude
Source : Washington U
