Ces dernières années, le nombre de planètes extra-solaires confirmées a augmenté de façon exponentielle. Au moment de la rédaction de l'article, un total de 3 777 exoplanètes ont été confirmées dans 2 817 systèmes stellaires, et 2 737 candidats supplémentaires attendent d'être confirmés. De plus, le nombre de planètes terrestres (c.-à-d. Rocheuses) a augmenté régulièrement, augmentant la probabilité que les astronomes trouveront des preuves de vie au-delà de notre système solaire.
Malheureusement, la technologie n'existe pas encore pour explorer directement ces planètes. En conséquence, les scientifiques sont obligés de rechercher ce que l'on appelle les «biosignatures», un produit chimique ou un élément associé à l'existence de la vie passée ou présente. Selon une nouvelle étude d'une équipe internationale de chercheurs, une façon de rechercher ces signatures serait d'examiner le matériel éjecté de la surface des exoplanètes lors d'un événement d'impact.
L'étude - intitulée «Recherche de biosignatures dans les éjectas d'impact exoplanétaire», a été publiée dans la revue scientifique Astrobiologie et est récemment apparu en ligne. Il était dirigé par Gianni Cataldi, chercheur au Centre d'astrobiologie de l'Université de Stockholm. Il était accompagné de scientifiques du LESIA-Observatoire de Paris, du Southwest Research Institute (SwRI), du Royal Institute of Technology (KTH) et du Centre européen de recherche et de technologie spatiales (ESA / ESTEC).
Comme ils l’indiquent dans leur étude, la plupart des efforts pour caractériser les biosphères d’exoplanètes se sont concentrés sur les atmosphères des planètes. Cela consiste à rechercher des preuves de gaz associés à la vie ici sur Terre - par exemple le dioxyde de carbone, l'azote, etc. - ainsi que l'eau. Comme Cataldi l'a dit à Space Magazine par e-mail:
«Nous savons de la Terre que la vie peut avoir un fort impact sur la composition de l'atmosphère. Par exemple, tout l'oxygène de notre atmosphère est d'origine biologique. De plus, l'oxygène et le méthane sont fortement hors d'équilibre chimique en raison de la présence de vie. Actuellement, il n'est pas encore possible d'étudier la composition atmosphérique des exoplanètes semblables à la Terre, mais une telle mesure devrait devenir possible dans un avenir prévisible. Ainsi, les biosignatures atmosphériques sont le moyen le plus prometteur de rechercher la vie extraterrestre. »
Cependant, Cataldi et ses collègues ont envisagé la possibilité de caractériser l’habitabilité d’une planète en recherchant des signes d’impact et en examinant l’éjecta. L'un des avantages de cette approche est que les éjectas s'échappent avec la plus grande facilité des corps de gravité inférieure, tels que les planètes rocheuses et les lunes. Les atmosphères de ces types de corps sont également très difficiles à caractériser, donc cette méthode permettrait des caractérisations qui ne seraient pas possibles autrement.
Et comme Cataldi l'a indiqué, il serait également complémentaire à l'approche atmosphérique de plusieurs façons:
«Premièrement, plus l'exoplanète est petite, plus il est difficile d'étudier son atmosphère. Au contraire, les petites exoplanètes produisent de plus grandes quantités d'éjectas qui s'échappent parce que leur gravité en surface est plus faible, ce qui rend les éjectas des petites exoplanètes plus faciles à détecter. Deuxièmement, en pensant aux biosignatures dans les éjectas d'impact, nous pensons principalement à certains minéraux. En effet, la vie peut influencer la minéralogie d'une planète soit indirectement (par exemple en modifiant la composition de l'atmosphère et permettant ainsi à de nouveaux minéraux de se former) soit directement (en produisant des minéraux, par exemple des squelettes). Les éjectas d'impact nous permettraient ainsi d'étudier une autre sorte de biosignature, complémentaire des signatures atmosphériques. »
Un autre avantage de cette méthode est le fait qu'elle tire parti des études existantes qui ont examiné les impacts des collisions entre objets astronomiques. Par exemple, plusieurs études ont été menées qui ont tenté d'imposer des contraintes à l'impact géant qui aurait formé le système Terre-Lune il y a 4,5 milliards d'années (alias l'hypothèse de l'impact géant).
Alors que de telles collisions géantes auraient été courantes au cours de la dernière étape de la formation de la planète terrestre (durant environ 100 millions d'années), l'équipe s'est concentrée sur les impacts des astéroïdes ou des corps cométaires, qui se produiraient pendant toute la durée de vie d'un exoplanétaire système. S'appuyant sur ces études, Cataldi et ses collègues ont pu créer des modèles d'éjection d'exoplanètes.
Comme l'explique Cataldi, ils ont utilisé les résultats de la littérature sur la cratérisation par impact pour estimer la quantité d'éjecta créée. Pour estimer la force du signal des disques de poussière circumstellaires créés par l'éjecta, ils ont utilisé les résultats de la littérature sur les disques de débris (c'est-à-dire les analogues extrasolaires de la ceinture d'astéroïdes principale du système solaire). Au final, les résultats se sont révélés plutôt intéressants:
«Nous avons constaté qu'un impact d'un corps de 20 km de diamètre produit suffisamment de poussière pour être détectable avec les télescopes actuels (à titre de comparaison, la taille de l'impacteur qui a tué les dinosaures il y a 65 millions d'années est cependant d'environ 10 km). Cependant, l'étude de la composition de la poussière éjectée (par exemple la recherche de biosignatures) n'est pas à la portée des télescopes actuels. En d'autres termes, avec les télescopes actuels, nous avons pu confirmer la présence de poussière éjectée, mais pas étudier sa composition. »
En bref, l'étude du matériel éjecté des exoplanètes est à notre portée et la possibilité d'étudier un jour sa composition permettra aux astronomes de caractériser la géologie d'une exoplanète - et donc de placer des contraintes plus précises sur son habitabilité potentielle. À l'heure actuelle, les astronomes sont obligés de faire des suppositions éclairées sur la composition d'une planète en fonction de sa taille et de sa masse apparentes.
Malheureusement, une étude plus détaillée qui pourrait déterminer la présence de biosignatures dans les éjectas n'est pas actuellement possible, et sera très difficile, même pour les télescopes de prochaine génération comme le Télescope spatial James Webb (JWSB) ou Darwin. En attendant, l'étude des éjectas des exoplanètes présente des possibilités très intéressantes en matière d'études et de caractérisation des exoplanètes. Comme Cataldi l'a indiqué:
«En étudiant les éjectas d'un événement d'impact, nous pourrions apprendre quelque chose sur la géologie et l'habitabilité de l'exoplanète et potentiellement détecter une biosphère. La méthode est le seul moyen que je connaisse pour accéder au sous-sol d'une exoplanète. En ce sens, l'impact peut être vu comme une expérience de forage fournie par la nature. Notre étude montre que la poussière produite lors d'un événement d'impact est en principe détectable, et les futurs télescopes pourraient être en mesure de limiter la composition de la poussière, et donc la composition de la planète. »
Au cours des prochaines décennies, les astronomes étudieront des planètes extra-solaires avec des instruments de sensibilité et de puissance croissantes dans l'espoir de trouver des indications de vie. Avec le temps, la recherche de biosignatures dans les débris autour des exoplanètes créées par les impacts d'astéroïdes pourrait se faire en tandem avec les chercheurs de biosignatures atmosphériques.
Avec ces deux méthodes combinées, les scientifiques pourront dire avec plus de certitude que les planètes lointaines sont non seulement capables de soutenir la vie, mais le font activement!
