Depuis le Télescope spatial Kepler a été lancé dans l'espace, le nombre de planètes connues au-delà de notre système solaire (exoplanètes) a augmenté de façon exponentielle. À l'heure actuelle, 3 917 planètes ont été confirmées dans 2 918 systèmes stellaires, tandis que 3 368 attendent d'être confirmées. Parmi ceux-ci, environ 50 orbite dans la zone habitable circumstellaire de leur étoile (alias «Zone des Boucles d'Or»), la distance à laquelle l'eau liquide peut exister à la surface d'une planète.
Cependant, des recherches récentes ont soulevé la possibilité que nous considérons comme une zone habitable est trop optimiste. Selon une nouvelle étude récemment publiée en ligne, intitulée «Une zone habitable limitée pour la vie complexe», les zones habitables pourraient être beaucoup plus étroites qu'on ne le pensait à l'origine. Ces découvertes pourraient avoir un impact considérable sur le nombre de planètes que les scientifiques considèrent comme «potentiellement habitables».
L'étude a été dirigée par Edward W. Schwieterman, boursier du programme postdoctoral de la NASA à l'Université de Californie à Riverside, et comprenait des chercheurs de l'équipe Alternative Earths (qui fait partie de la NASA Astrobiology Institute), du Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), et le Goddard Institute for Space Studies de la NASA.
Selon des estimations précédentes basées sur Kepler Selon les données, les scientifiques ont conclu qu'il y aurait probablement 40 milliards de planètes semblables à la Terre dans la seule galaxie de la Voie lactée, dont 11 milliards sont susceptibles d'orbiter comme des étoiles notre Soleil (c'est-à-dire des naines jaunes de type G). D'autres recherches ont indiqué que ce nombre pourrait atteindre 60 milliards voire 100 milliards, selon les paramètres que nous utilisons pour définir les zones habitables.
Ces résultats sont certainement encourageants, car ils suggèrent que la Voie lactée pourrait être pleine de vie. Malheureusement, des recherches plus récentes sur les planètes extra-solaires ont mis en doute ces estimations précédentes. C'est particulièrement le cas pour les planètes verrouillées par les marées qui orbitent autour des étoiles de type M (naine rouge).
De plus, des recherches sur l'évolution de la vie sur Terre ont montré que l'eau seule ne garantit pas la vie - ni d'ailleurs la présence d'oxygène gazeux. De plus, Schwieterman et ses collègues ont examiné deux autres biosignatures majeures qui sont essentielles à la vie telle que nous la connaissons - le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone.
Trop de ces composés seraient toxiques pour la vie complexe, tandis que trop peu signifierait que les premiers procaryotes n'émergeraient pas. Si la vie sur Terre est une indication, les formes de vie de base sont essentielles si des formes de vie plus complexes et consommatrices d'oxygène doivent évoluer. Pour cette raison, Schwieterman et ses collègues ont cherché à réviser la définition d'une zone habitable pour en tenir compte.
Pour être juste, calculer l'étendue d'une zone habitable n'est jamais facile. En plus de leur distance de leur étoile, la température de surface d'une planète dépend de divers mécanismes de rétroaction dans l'atmosphère - tels que l'effet de serre. En plus de cela, la définition conventionnelle d'une zone habitable suppose l'existence de conditions «semblables à la Terre».
Cela implique une atmosphère riche en azote, oxygène, dioxyde de carbone et eau, et stabilisée par le même processus de cycle géochimique carbonate-silicate qui existe sur Terre. Dans ce processus, la sédimentation et l'altération font que les roches de silicate deviennent carbonées tandis que l'activité géologique fait que les roches de carbone redeviennent à base de silicate.
Cela conduit à une boucle de rétroaction qui garantit que les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère restent relativement stables, permettant ainsi une augmentation des températures de surface (aka. L'effet de serre). Plus la planète est proche du bord intérieur de la zone habitable, moins il faut de dioxyde de carbone pour que cela se produise. Comme l'explique Schwieterman dans un récent article du MIT Technology Review:
"Mais pour les régions moyennes et extérieures de la zone habitable, les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone doivent être beaucoup plus élevées pour maintenir des températures propices à l'eau de surface liquide."
Pour illustrer, l'équipe a utilisé Kepler-62f comme exemple, une super-Terre qui orbite autour d'une étoile de type K (légèrement plus petite et plus faible que notre Soleil) située à environ 990 années-lumière de la Terre. Cette planète orbite autour de son étoile à environ la même distance que Vénus fait le Soleil, mais la masse inférieure de l'étoile signifie qu'elle se trouve sur le bord extérieur de la zone habitable.
Lorsqu'elle a été découverte en 2013, cette planète était considérée comme un bon candidat pour la vie extraterrestre, en supposant la présence d'un effet de serre suffisant. Cependant, Schwieterman et ses collègues ont calculé qu'il faudrait 1000 fois plus de dioxyde de carbone (300 à 500 kilopascals) que ce qui existait sur Terre lorsque les formes de vie complexes évoluaient pour la première fois (il y a environ 1,85 milliard d'années).
Cependant, cette quantité de dioxyde de carbone serait toxique pour la plupart des formes de vie complexes ici sur Terre. Par conséquent, le Kepler-62f ne serait pas un candidat approprié pour la vie même s'il était suffisamment chaud pour avoir de l'eau liquide. Après avoir pris en compte ces contraintes physiologiques, Schwieterman et son équipe ont conclu que la zone habitable pour la vie complexe devait être considérablement plus étroite - un quart de ce qui avait été estimé auparavant.
Schwieterman et ses collègues ont également calculé que certaines exoplanètes sont susceptibles d'avoir des niveaux plus élevés de monoxyde de carbone car elles orbitent autour d'étoiles fraîches. Cela impose une contrainte importante aux zones habitables des étoiles naines rouges, qui représentent 75% des étoiles de l'Univers - et qui sont considérées comme l'endroit le plus probable pour trouver des planètes terrestres (c'est-à-dire rocheuses) dans la nature.
Ces résultats pourraient avoir des implications drastiques sur ce que les scientifiques considèrent comme «potentiellement habitable», sans parler des limites de la zone habitable d'une étoile. Comme l'explique Schwieterman:
"Une implication est que nous ne pouvons pas nous attendre à trouver des signes de vie intelligente ou de technosignatures sur des planètes en orbite autour des naines M tardives ou sur des planètes potentiellement habitables près du bord extérieur de leurs zones habitables."
Pour compliquer encore les choses, cette étude est l'une des nombreuses à imposer des contraintes supplémentaires sur ce qui pourrait être considéré comme des planètes habitables récemment. Rien qu'en 2019, des recherches ont été menées qui montrent comment les systèmes d'étoiles naines rouges peuvent ne pas avoir les matières premières nécessaires à la formation de la vie et que les étoiles naines rouges peuvent ne pas fournir suffisamment de photons pour que la photosynthèse se produise.
Tout cela ajoute à la possibilité distincte que la vie dans notre galaxie soit plus rare qu'on ne le pensait auparavant. Mais bien sûr, savoir avec certitude quelles sont les limites de l'habitabilité nécessitera plus d'études. Heureusement, nous n’aurons pas à attendre trop longtemps pour le savoir, car plusieurs télescopes de nouvelle génération seront opérationnels dans la prochaine décennie.
Il s'agit notamment de la Télescope spatial James Webb (JWST), le Télescope extrêmement grand (ELT) et le Télescope Magellan géant (GMT). Ces instruments et d'autres instruments de pointe devraient permettre des études et des caractérisations beaucoup plus détaillées des exoplanètes. Et quand ils le feront, nous aurons une meilleure idée de la probabilité de la vie là-bas.
