Découverte d’une planète dont les propriétés sont, à ce jour, les plus proches de celles de la Terre

La recherche d’exoplanètes, c’est-à-dire de mondes en orbite autour d’autres étoiles, est la grande chasse aux œufs de Pâques de l’astronomie. C’est en 1992 que des astronomes professionnels ont découvert la première exoplanète connue, un corps céleste lointain en orbite autour d’un pulsar situé à 2 300 années-lumière de la Terre. Depuis lors, les astronomes, à l’aide de télescopes spatiaux et terrestres, ont découvert plus de 6 200 exoplanètes disséminées dans le ciel, ce qui les a amenés à conclure qu’il existe au moins une planète en orbite autour de presque toutes les étoiles connues.

Les exoplanètes répertoriées sont très hétéroclites : certaines sont grandes, d’autres petites ; certaines sont chaudes, d’autres froides ; certaines sont gazeuses comme Jupiter et Neptune, d’autres rocheuses comme la Terre et Mars. Pour les astronomes à la recherche de vie extraterrestre, la planète qui ferait leur bonheur serait de type terrestre : plutôt petite et rocheuse, dotée d’une atmosphère, orbitant autour de son étoile mère dans la « zone habitable », cette zone thermique idéale où il ne fait ni trop chaud ni trop froid et permettant à l’eau d’exister à l’état liquide. Au cours des 34 années d’étude des exoplanètes, aucun monde répondant à tous ces critères n’avait jamais été repéré… jusqu’à présent.

Selon une nouvelle étude publiée dans Science, on sait enfin qu’une telle planète, portant le nom peu poétique de LHS 1140b, existe bel et bien ; elle orbite autour d’une étoile située à seulement 48 années-lumière de la Terre, à deux pas, selon les normes astronomiques. S’il existe un monde susceptible d’abriter la vie organique, d’innombrables autres pourraient également exister, ce qui augmenterait considérablement les chances de trouver de la vie extraterrestre.

Comment les scientifiques déterminent-ils si une planète présente les conditions propices à la vie ?

« Un monde vivant », explique Collin Cherubim, planétologue à l’université de Chicago et auteur principal de ce nouvel article, « doit présenter une température adéquate pour permettre la présence d’eau liquide à sa surface, et il doit disposer d’une atmosphère capable de retenir cette eau et de protéger la surface contre les rayonnements ionisants. LHS 1140b réunit ces trois critères. Cela en fait un sujet de premier plan pour l’étude de l’astrobiologie et de l’habitabilité, ainsi que pour la recherche de vie en dehors du système solaire. »
LHS 1140b n’est en réalité pas une nouveauté dans le monde de l’astronomie. La planète a été découverte en 2017 par des chercheurs utilisant ce que l’on appelle la méthode du transit. Lorsqu’une planète orbite autour de son étoile, elle passe périodiquement devant celle-ci, bloquant brièvement une infime partie de sa lumière. La différence est minime, l’équivalent du retrait d’une ampoule sur un panneau en comptant 10 000, mais elle est suffisante pour être détectée par des télescopes sensibles. La fréquence de cette baisse de luminosité révèle la vitesse à laquelle la planète effectue une orbite complète, et la quantité précise de lumière bloquée permet de déterminer son diamètre. Par ailleurs, les astronomes recherchent aussi des exoplanètes à l’aide de la méthode de la vitesse radiale, qui consiste à détecter la minuscule oscillation d’une étoile lorsqu’elle est soumise à l’attraction gravitationnelle de la planète en mouvement. L’amplitude de cette oscillation révèle la masse de la planète.

L’étoile autour de laquelle orbite LHS 1140b est une naine rouge, un corps relativement petit et relativement froid dont la température de surface varie entre 1700 et 3200 °C, contre les 5500 °C de notre soleil. On estime qu’environ trois étoiles sur quatre dans notre galaxie sont des naines rouges. Pour qu’une planète en orbite autour d’une naine rouge reste suffisamment chaude pour permettre la présence d’eau à l’état liquide, et potentiellement de la vie, elle doit se blottir tout près de son étoile, ce que fait LHS 1140b, qui orbite à environ 14,5 millions de km de son étoile, soit environ un dixième de la distance de 150 millions de km que la Terre maintient par rapport au Soleil. La planète mesure environ 1,7 fois le diamètre de la Terre et, grâce à des calculs supplémentaires utilisant la méthode de la vitesse radiale, sa masse a été estimée à 5,6 fois celle de la Terre. Elle effectue une orbite autour de son étoile en 24,7 jours, contre une année terrestre.

Que savons-nous de l’atmosphère de la planète LHS 1140b ?

Une fois les critères de taille planétaire et de distance au soleil vérifiés, la dernière pièce du puzzle consistait à rechercher une atmosphère, et Collin Cherubim et ses collègues l’ont trouvée. Ils ont commencé par utiliser un modèle informatique développé par le premier lorsqu’il préparait son doctorat en sciences de la Terre et des planètes à l’université de Harvard. En tenant compte de toutes les données connues concernant le diamètre, la densité, l’âge, la période orbitale et l’attraction gravitationnelle de la planète, ce qui permet de déterminer sa capacité à retenir une atmosphère, le modèle informatique a abouti à la prédiction selon laquelle LHS 1140b posséderait une atmosphère et devrait faire fuir de l’hélium dans l’espace, signe révélateur de sa présence. Gaz très léger qui échappe facilement à la gravité, l’hélium pourrait servir de marqueur facilement détectable d’une atmosphère complexe sous-jacente.

Collin Cherubim et son équipe ont ensuite vérifié cette prédiction en effectuant des observations directes de la planète à l’aide de la méthode des transits. « Lorsque la planète passe devant l’étoile, une partie de la lumière stellaire traverse l’atmosphère de la planète », explique-t-il. « S’il y a des molécules ou des atomes tels que l’hélium dans l’atmosphère de la planète, ils peuvent absorber ou bloquer des longueurs d’onde de lumière très spécifiques. » Ces marqueurs d’absorption étaient bien présents, prouvant que LHS 1140b présentait bel et bien un « suintement » d’hélium.

Une atmosphère inerte d’hélium n’est pas comparable à notre enveloppe atmosphérique riche en interactions chimiques, composée principalement d’azote et d’oxygène, ainsi que de méthane, de dioxyde de carbone, de vapeur d’eau et d’autres éléments. Mais le planétologue estime qu’une partie de cette atmosphère complexe pourrait être présente sur LHS 1140b, sous l’écran de fumée créé par l’hélium. « Mes modèles prédisent que le dioxyde de carbone est le deuxième gaz le plus abondant, que du monoxyde de carbone est présent, ainsi que de petites quantités d’oxygène moléculaire (O₂) », indique-t-il. « D’après notre modélisation climatique, nous avons également prédit la présence d’une grande quantité d’eau sur cette planète. » Tout cela, en particulier l’eau, constitue en effet la liste des ingrédients de base si l’on souhaite confectionner un « gâteau biologique ».

À quoi ressemble l’étoile autour de laquelle orbite la planète LHS 1140b ?

Une autre piste potentielle mise en évidence par LHS 1140b concerne l’étoile autour de laquelle elle orbite. Les naines rouges sont des corps très instables, émettant d’énormes quantités de rayons X et d’énergie ultraviolette, deux types de rayonnements capables de détruire la vie existante ou d’empêcher son apparition. L’étoile la plus proche de la Terre, Proxima du Centaure b, qui fait partie d’un système solaire à trois planètes tournant autour d’une naine rouge située à 4,25 années-lumière, reçoit jusqu’à 400 fois plus de rayonnement X que la Terre, ce qui a très certainement stérilisé la planète. L’étoile LHS 1140b, en revanche, est calme : elle baigne sa planète dans une énergie de rayons X à peine 10 fois supérieure à celle qui atteint la Terre, ce qui n’exclurait pas l’existence de la vie. « À l’heure actuelle, sur LHS 1140b, le flux de rayons X ne constituerait pas vraiment une menace pour la vie telle que nous la connaissons », estime Collin Cherubim.

Cela ne signifie pas que la vie soit réellement présente sur LHS 1140b, ni même qu’elle y soit possible, compte tenu des nombreux facteurs chimiques et thermiques qui doivent s’aligner pour que la vie puisse émerger. Mais cette étude offre tout de même des perspectives prometteuses. Il existe des billions de planètes dans un univers où la chimie organique est omniprésente. Les probabilités sont en faveur pour qu’au moins certaines d’entre elles présentent des conditions similaires à celles de la Terre primitive, y compris une atmosphère protectrice. Si la vie a pu apparaître ici, il n’y a aucune raison qu’elle ne puisse pas apparaître là-bas non plus.