Des milliards de superterres dans la Voie lactée seraient habitables durant des milliards d’années !

Une exoplanète qui abrite de la vie extraterrestre... S'il est très probable que, quelque part dans l'Univers, un tel monde existe, le trouver est une autre affaire. En attendant, les scientifiques s'évertuent à modéliser ce à quoi pourrait ressembler de tels mondes. C'est ce qu'a fait une équipe des universités de Berne et de Zurich, dans une étude publiée dans la revue Nature Astronomy. Avec la modélisation de plusieurs milliers de superterres, ces exoplanètes rocheuses dont la masse ne dépasse pas dix fois celle de la Terre, ils ont montré qu'il existe bien plus de conditions favorables à l'apparition de la vie que celles considérées jusqu'à aujourd'hui.

Au départ, une atmosphère primitive d'hydrogène et d'hélium

Leur point de départpoint de départ : la présence d'eau liquide. Comme ils l'expliquent dans leur étude, « l'émergenceémergence de la vie telle que nous la connaissons est généralement comprise comme nécessitant trois éléments constitutifs : une source d'énergie, l'accès à la nutrition et la présence d'eau liquideliquide ». Pour que de l'eau liquide soit présente, les conditions de température et de pressionpression doivent correspondre, et ces dernières sont imposées par l'atmosphèreatmosphère qui entoure la planète. « L'une des raisons pour lesquelles l'eau peut être liquide sur Terre est son atmosphère, explique Ravit Helled, coauteur de l'étude et professeur d'astrophysiqueastrophysique théorique à l'Université de Zurich. Grâce à son effet de serreeffet de serre naturel, elle emprisonne juste ce qu'il faut de chaleurchaleur pour créer les bonnes conditions pour les océans, les rivières et la pluie ».

Schéma expliquant l'effet de serre : une partie du rayonnement solaire est absorbée par la surface terrestre qui renvoie ensuite cette chaleur tandis que l'autre partie est directement retenue par la basse atmosphère et changée en chaleur. © Robert A. Rohde , Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Mais même des atmosphères différentes de celle de la Terre pourraient abriter la vie. Notamment, aux débuts de la Terre, la vie s'est développée sans photosynthèse, car son atmosphère primitive ne contenait pas d'oxygèneoxygène. « Lorsque la Planète s'est formée pour la première fois à partir de gazgaz et de poussière cosmiques, elle a recueilli une atmosphère composée principalement d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium », souligne R.Helled. Cette atmosphère H-He s'est petit à petit modifiée, par les rayonnements en provenance du SoleilSoleil. Ainsi, l'étude met l'accent sur le fait que « dans la recherche de la vie sur des planètes extraterrestres, il faut tenir compte du fait que la vie pourrait se manifester et prospérer dans des conditions qui seraient considérées comme extrêmes sur Terre ».

L'habitabilité prend un tout autre sens

Les chercheurs se sont alors centrés sur des exoplanètes qui possèderaient une atmosphère similaire à l'atmosphère primitive de la Terre. Ils ont ainsi simulé l'évolution de plusieurs milliers de superterressuperterres réparties selon leur masse de noyau, leur masse d'enveloppe et leur situation par rapport à leur étoileétoile, le tout sur des milliards d'années. Dans le cas de planètes très massives, l'atmosphère primitive peut perdurer pendant des milliards d'années, favorisant l'apparition d'eau liquide, donc potentiellement de vie. « De telles atmosphères primitives massives peuvent également induire un effet de serre, un peu comme l'atmosphère terrestre aujourd'hui. Nous voulions donc savoir si ces atmosphères peuvent aider à créer les conditions nécessaires à l'eau liquide », explique R.Helled.

Les planètes de faible masse avec une atmosphère primitive d'hydrogène et d'hélium pourraient avoir les températures et les pressions qui permettent à l'eau dans la phase liquide. La présence d'eau liquide est favorable à la vie, si bien que ces planètes abritent potentiellement des habitats exotiques pour des milliards d'années. © Thibaut Roger, Universität Bern, Universität Zürich

Côté source d'énergie nécessaire au maintien de la vie, ils ont démontré que, même si la planète est éloignée de son étoile, selon l'atmosphère qui l'entoure, elle peut disposer de suffisamment d'énergie. En effet, avec une atmosphère suffisamment épaisse pour contenir la chaleur, pas besoin d'un rayonnement intense de l'étoile-mère, « une source de chaleur intrinsèque est suffisante pour réchauffer la surface planétaire, voire permettre aux planètes non liées d'être tempérées », détaille l'étude. À l'inverse, « des planètes avec une enveloppe plus petite peuvent avoir une irradiationirradiation stellaire comme seule source d'énergie, en supposant que l'enveloppe accrétée n'est ni trop massive ni trop petite pour la température d'équilibre donnée ». 

Ces atmosphères peuvent perdurer des milliards d'années

Finalement, même des planètes esseulées, n'orbitant autour d'aucune étoile, pourraient disposer de conditions favorables à l'apparition de la vie. « Dans les cas où une chaleur géothermique suffisante atteint la surface, le rayonnement d'une étoile comme le soleil n'est même pas nécessaire pour que prévalent à la surface des conditions permettant l'existence d'eau liquide », rapporte Marit Mol Lous, premier de l'étude et doctorant en astrophysique. Grâce à leurs simulations, l'équipe a montré que ces atmosphères H-He peuvent perdurer durant de longues périodes, « jusqu'à des dizaines de milliards d'années », souligne le chercheur.

Les chercheurs concluent néanmoins avec prudence quant à leurs résultats : ils montrent seulement la possibilité d'eau liquide, mais cela n'implique pas que toutes les exoplanètes concernées en possèdent. « Et même dans les bonnes conditions, on ne sait pas quelle est la probabilité que la vie émerge dans un habitat potentiel aussi exotiqueexotique. C'est une question pour les astrobiologistes. Pourtant, avec notre travail, nous avons montré que notre idée centrée de la vie sur une planète similaire à la Terre est peut-être trop étroite », a conclu C.Mordasini.

Les planètes avec une atmosphère primitive d'hydrogène et d'hélium présentent un large éventail de conditions permettant l'eau liquide, éventail qui est détaillé dans ce schéma. © Thibaut Roger, Universität Bern, Universität Zürich