bruce Anane
Une équipe internationale d’astronomes dirigée par l’Université de Cambridge a utilisé les données NASA/ESA/CSA Télescope spatial James Webb pour découvrir du méthane et du dioxyde de carbone dans l’atmosphère de K2-18 b, une exoplanète de la « zone Boucle d’or ». C’est la première fois que des molécules à base de carbone sont découvertes dans l’atmosphère d’une exoplanète située en zone habitable.
Les résultats sont cohérents avec une surface recouverte d’océan sous une atmosphère riche en hydrogène. La découverte donne un aperçu d’une planète pas comme les autres dans notre système solaire et ouvre des perspectives intéressantes sur des mondes potentiellement habitables ailleurs dans l’Univers.
K2-18 b – qui est 8,6 fois plus massive que la Terre – orbite autour de l’étoile naine froide K2-18 dans la zone habitable et est située à 110 années-lumière de la Terre dans la constellation du Lion. Un premier aperçu de l’atmosphère de K2-18 b est venu d’observations avec le télescope spatial Hubble, mais la composition atmosphérique a fait l’objet de débats. Les chercheurs eux-mêmes étudié K2-18b en 2020 et 2021, et l’a identifié comme appartenant à une nouvelle classe d’exoplanètes habitables appelées mondes « glacés » qui pourraient accélérer la recherche de vie ailleurs. Cela les a incités à examiner plus en détail JWST, le successeur de Hubble.
Utilisant les instruments à plus haute résolution du JWST, cette nouvelle enquête a identifié définitivement le méthane et le dioxyde de carbone dans une atmosphère riche en hydrogène sur K2-18 b.
Les chercheurs ont également identifié un autre signal plus faible dans le spectre K2-18b. Après plusieurs analyses, les chercheurs affirment que le signal pourrait être provoqué par une molécule appelée sulfure de diméthyle (DMS). Sur Terre, le DMS est produit uniquement par la vie, principalement la vie microbienne telle que le phytoplancton marin, ce qui suggère la possibilité d’une activité biologique sur K2-18 b. Bien que ces signes de DMS soient provisoires et nécessitent une validation plus approfondie, les chercheurs affirment que K2-18 b et d’autres planètes glacées pourraient représenter notre meilleure chance de trouver de la vie en dehors de notre système solaire.
LE résultatsqui ont été acceptés pour publication dans Les lettres du journal d’astrophysiquesera présenté aujourd’hui (11 septembre) à Première année de la conférence scientifique JWST à Baltimore, Maryland, États-Unis.
Les exoplanètes comme K2-18 b, dont la taille varie de la Terre à Neptune, ne ressemblent à rien de ce qui se passe dans notre système solaire. Ce manque de planètes analogues à proximité signifie que ces « sous-Neptunes » sont mal comprises, et la nature de leurs atmosphères fait l’objet d’un débat actif parmi les astronomes.
« Nos résultats soulignent l’importance de prendre en compte différents environnements habitables lors de la recherche de vie ailleurs », a déclaré l’auteur principal, le professeur Nikku Madhusudhan, de l’Institut d’astronomie de Cambridge. « Traditionnellement, la recherche de vie sur les exoplanètes se concentre principalement sur les planètes rocheuses, mais les mondes glacés se prêtent beaucoup plus aux observations atmosphériques. »
L’abondance de méthane et de dioxyde de carbone ainsi que la rareté de l’ammoniac sont cohérentes avec la présence d’un océan sous une atmosphère riche en hydrogène dans K2-18 b. L’inférence DMS est cependant moins robuste et nécessite une validation plus approfondie. « Des observations supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si c’est bien le DMS que nous observons », a déclaré Madhusudhan. « La possibilité que le DMS soit présent dans l’atmosphère est très prometteuse, mais nous prévoyons d’y jeter un autre regard pour établir fermement sa présence. »
Bien que K2-18 b semble être un candidat très prometteur dans la recherche de la vie ailleurs, il est possible qu’il ne soit pas capable de maintenir la vie. La grande taille de la planète – avec un rayon 2,6 fois supérieur à celui de la Terre – signifie que l’intérieur de la planète contient probablement un vaste manteau de glace à haute pression, comme Neptune, mais avec une atmosphère plus mince, riche en hydrogène et une surface océanique. Il est possible que l’océan soit trop chaud pour être habitable ou liquide. D’autres observations et travaux théoriques sont nécessaires pour l’établir définitivement.
« Bien que ce type de planète n’existe pas dans notre système solaire, les planètes sub-Neptunes sont le type de planète le plus courant connu jusqu’à présent dans la galaxie », a déclaré le co-auteur Subhajit Sarkar de l’Université de Cardiff. « Nous avons obtenu le spectre le plus détaillé à ce jour d’une zone habitable sous-Neptune, ce qui nous a permis de comprendre les molécules qui existent dans son atmosphère. »
Caractériser les atmosphères des exoplanètes telles que K2-18 b, c’est-à-dire identifier leurs gaz constitutifs et leurs conditions physiques, est un domaine d’activité frénétique en astronomie. La détermination des produits chimiques présents dans l’atmosphère des exoplanètes est essentielle à la compréhension de ces mondes extraterrestres et fournit des indices alléchants sur l’habitabilité ailleurs dans l’Univers. Cependant, ces planètes sont littéralement obscurcies par l’éclat de leurs étoiles mères beaucoup plus grandes, ce qui rend l’exploration des atmosphères des exoplanètes difficile.
L’équipe a contourné ce défi en analysant la lumière de l’étoile mère de K2-18 b alors qu’elle traversait l’atmosphère de l’exoplanète. K2-18 b est une exoplanète en transit, ce qui signifie que nous pouvons détecter une baisse de luminosité stellaire lorsqu’elle passe devant la face de son étoile hôte. C’est ainsi que l’exoplanète a été découverte pour la première fois en 2015. Cela signifie que lors des transits, une petite fraction de la lumière des étoiles traversera l’atmosphère de l’exoplanète avant d’atteindre la Terre. Le passage de la lumière des étoiles à travers l’atmosphère laisse des signatures spectrales dans le spectre stellaire que les astronomes peuvent reconstituer pour déterminer les gaz constitutifs de l’atmosphère de l’exoplanète.
« Cela n’a été possible que grâce à la gamme de longueurs d’onde étendue de Webb et à sa sensibilité sans précédent, qui ont permis une détection fiable des caractéristiques spectrales avec seulement deux transits », a déclaré Madhusudhan. « À titre de comparaison, une observation de transit de Webb a fourni une précision comparable à huit observations de Hubble menées sur quelques années dans une plage de longueurs d’onde plus courte. »
« Ces résultats sont le produit de seulement deux observations de K2-18b, et bien d’autres à venir », a déclaré le co-auteur Savvas Constantinou, également du Cambridge Institute of Astronomy. « Cela signifie que notre travail ici n’est qu’une première démonstration de ce que Webb peut observer dans les exoplanètes de la zone habitable. »
L’équipe prévoit maintenant de mener des recherches de suivi qui, espère-t-elle, valideront davantage les résultats et fourniront de nouvelles informations sur les conditions environnementales sur K2-18 b. La prochaine série d’observations Webb de l’équipe utilisera l’instrument infrarouge moyen du télescope (MIRI) spectrographe pour parcourir l’atmosphère de K2-18b à la recherche de signatures chimiques révélatrices appelées biomarqueurs, y compris le DMS, qui pourraient potentiellement indiquer la présence d’une activité biologique.
« Notre objectif ultime est l’identification de la vie sur une exoplanète habitable, ce qui transformerait notre compréhension de notre place dans l’Univers », a déclaré Madhusudhan. «Nos résultats constituent un premier pas prometteur dans cette direction.»
Article original: Du méthane et du dioxyde de carbone trouvés dans l’atmosphère d’une exoplanète habitable
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