Les « premières » étoiles étaient peut-être plus favorables à la vie que le Soleil

Une équipe internationale de chercheurs menée par des membres de deux Instituts Max-PlanckPlanck, l'un pour la recherche sur le Système solaire et l'autre pour la chimie, ont joint leur force avec des collègues de l'université de Göttingen pour un travail qui fait l'objet d'une publication dans le célèbre journal Nature Communications.

Ils aboutissent à des conclusions surprenantes pour l'exobiologie, et elles sont susceptibles de guider les futures recherches que l'on pourra mener concernant de possibles biosignatures dans les atmosphèresatmosphères d'exoterres potentielles en utilisant les observations du télescope James-Webb. Les astrophysiciensastrophysiciens ont fait leurs découvertes en étudiant l'impact des émissionsémissions ultraviolettes de certaines étoilesétoiles sur les atmosphères de ces exoplanètesexoplanètes à l'aide de savantes simulations numériquessimulations numériques et de modèles de ces atmosphères, mais aussi des émissions UV des étoiles considérées.

Trois populations d'étoiles pour la Voie lactée

Pour comprendre de quoi il en retourne, il faut se souvenir qu'à la suite des travaux pionniers de l'astrophysicien Walter Baade, en 1944, on a distingué deux, puis trois populations d'étoiles dans la Voie lactée. Il y a d'abord la population I qui contient la majorité des étoiles de notre GalaxieGalaxie. Elles sont riches en métauxmétaux, ce qui dans le langage des astrophysiciens signifie qu'elles contiennent des noyaux plus lourds que les isotopesisotopes de l'hydrogènehydrogène, de l'héliumhélium et du lithiumlithium, et ont aussi une métallicitémétallicité importante définie par l'abondance des noyaux de ferfer.

La théorie de la structure et de l'évolution stellaire pour ces étoiles dans un spectrespectre de massesmasses autour de celles du SoleilSoleil nous dit qu'elles peuvent vivre des milliards et même des dizaines de milliards d'années. En fait, pour être plus précis, il s'agit d'étoiles dont les âges sont entre 0 et 10 milliards d'années.

Les étoiles de population II, que l'on voit surtout dans les amas globulairesamas globulaires en orbiteorbite autour du centre de la Voie lactéeVoie lactée et dans son bulbe et son halo, ont des âges compris entre 13,5 et 10 milliards d'années. Elles sont pauvres en métaux. Des métaux qui proviennent de plusieurs générations d'étoiles dites de population IIIpopulation III qui se sont formées avant celles de population II et qui au début ont synthétisé les premiers noyaux « métalliques », comme l'oxygèneoxygène et le carbonecarbone ou encore le siliciumsilicium et le magnésiummagnésium avant d'exploser en supernovaesupernovae qui ont injecté ces noyaux dans les nuages interstellairesnuages interstellaires des jeunes galaxies.

La couche d'ozone et les ultraviolets

Il n'existe plus, depuis au moins 13 milliards d'années, d'étoiles de population III, mais elles ont fait en sorte que les étoiles de population II soient nées dans des nuages pouvant aussi donner naissance à des disques protoplanétairesdisques protoplanétaires contenant des planètes telluriquesplanètes telluriques à base de silicium, fer, magnésium et oxygène (et d'autres éléments comme le soufresoufre, l'aluminiumaluminium et le sodiumsodium), elles-mêmes pouvant potentiellement être parfois habitables.

Or, il y a quelques années, en étudiant les émissions de plusieurs centaines d'étoiles de type solaire dans la Voie lactée, des chercheurs des Instituts Max-Planck se sont rendu compte qu'elles pouvaient avoir des pics relativement intenses d'émission dans l'ultravioletultraviolet, ce qui laissait penser que notre Soleil lui-même se comporte parfois de cette manière. Au final, on pouvait se poser la question de l'impact de ces émissions dans l'UV sur l'apparition et l'évolution de formes de vie autour des étoiles de type solaire (voir à ce sujet la première vidéo de Franck Selsis ci-dessus). On sait en effet que les rayons ultraviolets peuvent endommager le matériel génétiquematériel génétique des cellules et ce d'autant plus que les photonsphotons UV sont plus énergiques, donc à courtes longueurs d'ondelongueurs d'onde.

Dans le cas de la Terre, l'existence de l'oxygène en quantité suffisante dans son atmosphère conduit à une photochimie non triviale, source de la synthèse de molécules d’ozone (O₃) qui protège les formes de vie sur la surface de la Terre du rayonnement solairerayonnement solaire jusqu'à un certain point. C'est tellement le cas que l'humanité elle-même a dû se préoccuper des trous dans la couche d’ozone qu'elle avait involontairement causés.

Les étoiles riches en métaux auraient tendance à produire des couches d'ozone (O₃) minces, peu protectrices de la vie sur des exoterres. Ce serait l'inverse avec les étoiles pauvres en métaux. © MPS, hormesdesign.de

Aujourd'hui, les chercheurs se sont rendu compte que les étoiles pauvres en métaux de la population II produisent un rayonnement d'UV plus intense que celles de population I, ce qui a priori devait rendre les étoiles de population II moins hospitalières. Paradoxalement, ce n'est pas le cas...

Si l'on en croit les calculs des astrophysiciens, le spectre des étoiles de population II est plus intense pour les ultraviolets dits C à courtes longueurs d'onde par rapport à ceux dits B à courtes longueurs d'onde. Or, les UVC produisent une couche d'ozonecouche d'ozone plus protectrice au final dans les exo-atmosphères contenant de l'oxygène.

On doit en conclure que non seulement les premières étoiles (si l'on oublie celles de la population III qui ne pouvaient pas vraiment avoir un cortège de planètes rocheuses) devaient pouvoir permettre l'existence de couches d'ozone encore plus protectrices que celle que l'on connait sur notre Planète bleue, mais que la métallicité des étoiles augmentant encore dans le futur en raison de l'évolution cosmochimique des galaxies avec les supernovae, il sera de plus en plus difficile d'avoir des couches d'ozone protectrices pour des exo-biosphèresbiosphères d'exoterres.