On a reconstitué en laboratoire l'atmosphère d'une exoplanète observée par le James-Webb

La découverte d'une vie ailleurs que dans le Système solaire, en outre technologiquement développée, serait sans aucun doute l'une des plus grandes découvertes scientifiques de tous les temps, avec des implications philosophiques majeures. Il est possible que cela arrive d'ici 2050 en analysant les atmosphèresatmosphères de nombreuses exoplanètes proches du Soleil, ce que l'on peut déjà commencer à faire de façon significative lors de transits planétairestransits planétaires en utilisant le télescope spatialtélescope spatial James-Webb (JWSTJWST).

Toutefois, il nous faut pour cela à terme déterminer des biosignatures possibles, à défaut de technosignatures qui sont a priori nettement moins ambigües. En effet, il faudrait trouver un ensemble de molécules à détecter dont on serait raisonnablement sûr qu'elles ne peuvent pas être produites par des phénomènes naturels, ou comme dirait des exobiologistes qu'elles ne sont pas abiotiquesabiotiques.

Une équipe de chercheurs vient de publier un article dans Nature Astronomy dont on peut trouver une version en libre accès sur arXiv qui apporte des éléments à cette quête du Graal de la Vie ailleurs.

Ce travail concerne indirectement une exoplanète étudiée depuis plus d'une décennie et dont la découverte avait été faite à l'aide de la méthode des vitesses radiales grâce à l'instrument Harps, un spectromètrespectromètre équipant le télescope de 3,6 mètres de l'ESOESO au Chili. Les astronomesastronomes avaient alors découvert Gliese 1214 b (GJ 1214 b) qui effectue son orbiteorbite en 38 heures autour d'une naine rougenaine rouge située à environ 40 années-lumièreannées-lumière de la Terre dans la constellationconstellation d'Ophiuchus (le Serpentaire).

Elle posséderait un rayon d'environ 2,6 fois celui de la Terre et serait à peu près 6,5 fois plus massive, ce qui la placerait plutôt dans la catégorie des super-Terres mais certains préfèrent parler à son sujet de mini-Neptune. Son étoileétoile hôte possède, comme son nom l'indique le numéro 1214 dans le catalogue Gliese-Jahreiss (du nom des astronomes Wilhelm Gliese et Hartmut Jahreiss) qui tente de lister toutes les étoiles à une distance en deçà de 25 parsecsparsecs de la Terre.

Des spectres par transmission d'atmosphères problématiques

Parmi les auteurs de la publication dans Nature, on trouve Sarah Hörst, professeure de sciences de la Terre et des planètes à la célèbre Université Johns Hopkins. Il y a des années déjà, elle avait entrepris avec des collègues, dans un premier temps, de créer des modèles informatiques de diverses atmosphères qui pourraient être possibles sur des super-Terressuper-Terres et de mini-NeptunesNeptunes, dont aucune ne se trouve dans notre Système solaire.

Il s'agissait de combiner diverses fractions de dioxyde de carbonedioxyde de carbone, d'hydrogènehydrogène et d'eau avec de l'héliumhélium, du monoxyde de carbonemonoxyde de carbone, du méthane et de l'azoteazote,  le tout à différentes températures, et de voir ce qui se passait.

Les chercheurs testaient ensuite les prédictions des modèles dans ces atmosphères en laboratoire, faisant circuler ces gazgaz dans une chambre à plasma pour simuler les interactions avec l'équivalent du vent solairevent solaire, ce qui produisait des particules de brumebrume.

L'un des buts des expériences actuelles, prolongeant les précédentes et dont il est question aujourd'hui, était d'en apprendre plus sur la façon dont les particules de brume organique (dont on pense aussi qu'elles sont produites photochimiquement dans les atmosphères d'exoplanètes tempérées, < 1 000 K, qui sont les cibles privilégiées des observations pour évaluer leur habitabilité) impactent les spectresspectres observés par des télescopes comme le JWST.

On ne pouvait pas exclure d'une part que les compositions et les propriétés des brumes organiques des exoplanètes pourraient être très distinctes de ce que nous savons pour le Système solaire et d'autre part et surtout qu'elles puissent modifier les spectres de transmission (voir la vidéo ci-dessus), d'émissionémission et de lumière réfléchielumière réfléchie. Comprendre en quoi est donc essentiel pour interpréter les données spectroscopiques des exoplanètes afin de comprendre leur atmosphère dans le cadre de l'exobiologie. Il y a 6 ans toutefois, Sarah Hörst avait montré que les brumes d'hydrocarbures qui enveloppent Titan, la lunelune de SaturneSaturne, pouvaient se former dans des atmosphères de super-Terres et de mini-Neptunes.

L'atmosphère de Gliese 1214 b en laboratoire sur Terre

Aujourd'hui, la chercheuse vient de reproduire des résultats concernant l'atmosphère de Gliese 1214 b et, cerise sur le gâteau, cela est annoncé après que l'exoplanète a été examinée de plus près par le James-Webb justement !

Le communiqué de l'Université Johns Hopkins contient de nombreux commentaires de la chercheuse et de ses collègues. Sarah Hörst explique ainsi que que « l'essentiel est de savoir s'il y a de la vie en dehors du Système solaire, mais pour répondre à ce genre de question, il faut une modélisationmodélisation très détaillée de tous les types d'exoplanètes, en particulier celles avec beaucoup d'eau. Cela a été un énorme défi parce que nous n'avions tout simplement pas de laboratoire pour le faire, nous essayons donc d'utiliser ces nouvelles techniques pour tirer le meilleur parti des données que nous recueillons avec tous les télescopes grands et sophistiqués ».

Les nouvelles expériences ont donc été conduites dans une chambre conçue sur mesure au sein du laboratoire de Hörst. Son coauteur de l'article en ligne, les planétologues Chao He, précise que : « L'eau est la première chose que nous recherchons lorsque nous essayons de voir si une planète est habitable, et il existe déjà des observations passionnantes d'eau dans l'atmosphère d'exoplanètes. Mais nos expériences et notre modélisation suggèrent que ces planètes contiennent très probablement aussi de la brume. Cette brume complique vraiment nos observations, car elle obscurcit notre vision de la chimiechimie atmosphérique et des caractéristiques moléculaires d'une exoplanète ».

Les exobiologistes ont donc considéré des mélanges gazeux contenant de la vapeur d'eau qu'ils ont exposés à de la lumière ultraviolette, comme dans les conditions de celle émise par une étoile, afin d'y voir plus clair sur les réactions photochimiques conduisant à la formation des particules organiques solidessolides formant les brumes.

Les nouvelles données obtenues correspondent plus précisément aux signatures chimiques observées dans le cas GJ 1214 b que les recherches précédentes, ce qui fait dire à Hörst que  « les gens pourront utiliser ces données lorsqu'ils modéliseront des atmosphères pour essayer de comprendre des choses comme la température dans l'atmosphère et à la surface de cette planète, s'il y a des nuagesnuages, quelle est leur hauteur et de quoi ils sont constitués, ou à quelle vitesse vont les vents. Toutes ces sortes de choses peuvent nous aider à vraiment concentrer notre attention sur des planètes spécifiques et à rendre nos expériences uniques au lieu de simplement exécuter des tests généralisés pour essayer de comprendre la situation dans son ensemble ».