Du méthane et du dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une exoplanète de la zone habitable
https://www.cam.ac.uk/stories/carbon-found-in-habitable-zone-exoplanet
Par Sarah Collins Publié le 11 septembre 2023
Une équipe internationale d’astronomes dirigée par l’Université de Cambridge a utilisé les données du télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA pour découvrir du méthane et du dioxyde de carbone dans l’atmosphère de K2-18 b, une exoplanète située dans la « zone habitable ».
C’est la première fois que des molécules à base de carbone sont découvertes dans l’atmosphère d’une exoplanète située dans la zone habitable.
Les résultats sont cohérents avec une surface recouverte d’un océan sous une atmosphère riche en hydrogène. Cette découverte donne un aperçu d’une planète qui ne ressemble à rien d’autre dans notre système solaire et ouvre des perspectives intéressantes sur des mondes potentiellement habitables ailleurs dans l’Univers.
K2-18 b – qui est 8,6 fois plus massive que la Terre – est en orbite autour de l’étoile naine froide K2-18, dans la zone habitable, à 110 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Lion. L’atmosphère de K2-18 b a été observée pour la première fois à l’aide du télescope spatial Hubble, mais sa composition a fait l’objet d’un débat. Les mêmes chercheurs ont étudié K2-18 b en 2020 et 2021, et l’ont identifiée comme appartenant à une nouvelle classe d’exoplanètes habitables appelées mondes « Hycéan« , ce qui pourrait accélérer la recherche de la vie ailleurs. Cela les a incités à l’examiner plus en détail avec le JWST, le successeur de Hubble.
Grâce aux instruments à plus haute résolution du JWST, cette nouvelle étude a permis d’identifier avec certitude le méthane et le dioxyde de carbone dans une atmosphère riche en hydrogène sur K2-18 b.
Les chercheurs ont également identifié un autre signal, plus faible, dans le spectre de K2-18 b. Après plusieurs analyses, les chercheurs affirment que ce signal pourrait être causé par une molécule appelée sulfure de diméthyle (DMS). Sur Terre, le DMS n’est produit que par la vie, principalement la vie microbienne telle que le phytoplancton marin, ce qui suggère la possibilité d’une activité biologique sur K2-18 b. Bien que ces signes de DMS soient provisoires et nécessitent une validation supplémentaire, les chercheurs affirment que K2-18 b et d’autres planètes Hycean pourraient constituer notre meilleure chance de trouver de la vie en dehors de notre système solaire.
Les résultats, qui ont été acceptés pour publication dans The Astrophysical Journal Letters, seront présentés aujourd’hui (11 septembre) lors de la conférence scientifique First Year of JWST à Baltimore (Maryland, États-Unis).
Compléments d’informations
Les exoplanètes telles que K2-18 b, dont la taille se situe entre celle de la Terre et celle de Neptune, ne ressemblent à rien dans notre système solaire. Cette absence de planètes analogues proches signifie que ces « sous-Neptune » sont mal comprises et que la nature de leurs atmosphères fait l’objet d’un débat animé entre les astronomes.
« Nos résultats soulignent l’importance de prendre en compte divers environnements habitables dans la recherche de la vie ailleurs », a déclaré l’auteur principal, le professeur Nikku Madhusudhan, de l’Institut d’astronomie de Cambridge. « Traditionnellement, la recherche de la vie sur les exoplanètes se concentre principalement sur les planètes rocheuses, mais les mondes Hycéaniques sont beaucoup plus propices aux observations atmosphériques ».
L’abondance du méthane et du dioxyde de carbone, et la rareté de l’ammoniac, sont compatibles avec la présence d’un océan sous une atmosphère riche en hydrogène dans K2-18 b. La déduction de DMS, cependant, est moins robuste et nécessite une validation plus poussée. « D’autres observations sont nécessaires pour déterminer si c’est bien du DMS que nous observons », a déclaré Madhusudhan. « La possibilité d’une présence de DMS dans l’atmosphère est très prometteuse, mais nous prévoyons d’effectuer d’autres observations pour établir avec certitude sa présence.
Bien que K2-18 b semble être un candidat très prometteur dans la recherche de la vie ailleurs, il est possible qu’elle ne soit pas en mesure d’abriter la vie. La grande taille de la planète – avec un rayon 2,6 fois supérieur à celui de la Terre – signifie que l’intérieur de la planète contient probablement un grand manteau de glace à haute pression, comme Neptune, mais avec une atmosphère plus mince et riche en hydrogène et une surface océanique. Il est possible que l’océan soit trop chaud pour être habitable ou liquide. D’autres observations et travaux théoriques sont nécessaires pour l’établir avec certitude.
« Bien que ce type de planète n’existe pas dans notre système solaire, les sous-Neptunes sont le type de planète le plus courant connu à ce jour dans la galaxie« , a déclaré Subhajit Sarkar, de l’université de Cardiff, coauteur de l’étude. « Nous avons obtenu le spectre le plus détaillé d’une sous-Neptune de la zone habitable à ce jour, ce qui nous a permis de déterminer les molécules présentes dans son atmosphère ».
La caractérisation des atmosphères d’exoplanètes telles que K2-18 b – c’est-à-dire l’identification des gaz qui les composent et de leurs conditions physiques – est un domaine d’activité frénétique en astronomie. La détermination des substances chimiques présentes dans l’atmosphère des exoplanètes est essentielle pour comprendre ces mondes extraterrestres et fournit des indications alléchantes sur l’habitabilité ailleurs dans l’Univers. Cependant, ces planètes sont éclipsées – littéralement – par l’éclat de leurs étoiles parentes beaucoup plus grandes, ce qui rend l’exploration des atmosphères d’exoplanètes difficile.
L’équipe a contourné ce problème en analysant la lumière de l’étoile mère de K2-18 b lorsqu’elle traverse l’atmosphère de l’exoplanète. K2-18 b est une exoplanète en transit, ce qui signifie que nous pouvons détecter une baisse de la luminosité stellaire lorsqu’elle traverse la face de son étoile hôte. C’est ainsi que l’exoplanète a été découverte en 2015. Cela signifie que lors des transits, une infime partie de la lumière de l’étoile traverse l’atmosphère de l’exoplanète avant d’atteindre la Terre. Le passage de la lumière de l’étoile à travers l’atmosphère laisse des traces fantomatiques dans le spectre stellaire que les astronomes peuvent reconstituer pour déterminer les gaz constitutifs de l’atmosphère de l’exoplanète.
« Ce résultat n’a été possible que grâce à l’étendue de la gamme de longueurs d’onde et à la sensibilité sans précédent de Webb, qui a permis une détection robuste des caractéristiques spectrales avec seulement deux transits », a déclaré Madhusudhan. « À titre de comparaison, une observation de transit avec Webb a fourni une précision comparable à huit observations avec Hubble menées sur quelques années dans une gamme de longueurs d’onde plus courte.
« Ces résultats sont le fruit de seulement deux observations de K2-18 b, et de nombreuses autres sont en cours », a déclaré le co-auteur Savvas Constantinou, également de l’Institut d’astronomie de Cambridge. « Cela signifie que notre travail ici n’est qu’une première démonstration de ce que Webb peut observer dans les exoplanètes de la zone habitable ».
L’équipe a maintenant l’intention de mener des recherches complémentaires qui, elle l’espère, permettront de valider leurs résultats et de fournir de nouvelles informations sur les conditions environnementales de K2-18 b. La prochaine série d’observations de l’équipe sur Webb utilisera le spectrographe MIRI (Mid-InfraRed Instrument) du télescope pour explorer l’atmosphère de K2-18 b à la recherche de signatures chimiques révélatrices appelées biomarqueurs, y compris le DMS, qui pourraient potentiellement indiquer la présence d’une activité biologique.
« Notre objectif ultime est d’identifier la vie sur une exoplanète habitable, ce qui transformerait notre compréhension de notre place dans l’Univers« , a déclaré Madhusudhan. « Nos résultats constituent un premier pas prometteur dans cette direction.
Reference: Nikku Madhusudhan et al. ‘Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere.’ Paper presented at The First Year of JWST Science Conference
Ce que j’en pense…
Si de la vie était détectée, cela changerait totalement notre place dans l’Univers, dans le sens que la distribution nous montrerait que la vie est au final quelque chose de courant dans l’immensité de la galaxie.
Il est aussi fort probable que le JWST découvre d’autres planètes avec des caractéristiques similaires.