Dans leur quête de vie extraterrestre, les astronomes cherchent des indices dans l’atmosphère de planètes lointaines – et le télescope spatial James Webb vient de prouver qu’il pouvait être très utile pour cela. Il n’est donc pas seulement bon pour les jolies photos comme nous l’avons vu la semaine dernière : voici comment ce télescope peut nous aider à trouver cette vie extraterrestre.

Les ingrédients nécessaires à la vie sont dispersés dans l’univers. Bien que la Terre soit le seul endroit connu où elle est apparue, la détection de la vie au-delà de notre planète est un objectif majeur de l’astronomie moderne.

Grâce en grande partie aux télescopes de nouvelle génération comme James Webb, les chercheurs pourront bientôt mesurer la composition chimique de l’atmosphère des planètes qui gravitent autour d’autres étoiles. Et peut-être que certaines d’entre elles présentent la signature chimique de la vie.

La vie peut exister dans notre système solaire là où il y a de l’eau liquide, comme dans les nappes aquifères souterraines de Mars ou dans les océans d’Europe, une lune de Jupiter. De nombreux astronomes pensent aussi qu’il y a de bonnes chances que la vie existe sur des planètes orbitant autour d’autres étoiles, et il est possible que la vie y soit trouvée pour la première fois. Cependant, rechercher la vie dans des endroits aussi lointains est incroyablement difficile, car ces mondes sont inatteignables pour une sonde qui devrait, en plus, nous renvoyer des échantillons pris sur place.

300 millions de planètes potentiellement habitables dans notre galaxie

Les calculs théoriques suggèrent qu’il existe environ 300 millions de planètes d’une taille similaire à la Terre et potentiellement habitables dans la seule Voie lactée. Selon la NASA, il y a de fortes chances qu’il existe également des planètes habitables à seulement 30 années-lumière de la Terre. 30 années-lumière, ce n’est pas rien, mais en termes galactiques, c’est dans notre voisinage.

Jusqu’à présent, les astronomes ont découvert plus de 5.000 exoplanètes, dont des centaines potentiellement habitables, en utilisant des méthodes indirectes qui détectent l’influence d’une planète sur son étoile proche. Ces mesures peuvent donner aux astronomes des informations sur la masse et la taille d’une exoplanète, mais pas beaucoup plus.

Comment la lumière nous raconte une histoire sur la vie

Pour détecter la vie sur une planète lointaine, les astrobiologistes étudient la lumière renvoyée par l’atmosphère de ces planètes. Si la vie est apparue sur cet astre, la lumière peut en contenir un indice, appelé la « biosignature ».

Prenez notre propre planète. Pendant la première moitié de son existence, la Terre avait une atmosphère sans oxygène, alors qu’elle abritait simplement une vie unicellulaire. La biosignature de la Terre était très faible à cette époque. Cela a changé brusquement il y a 2,4 milliards d’années lorsqu’une nouvelle famille d’algues s’est développée. Ces algues ont développé la photosynthèse qui produit de l’oxygène libre – de l’oxygène qui n’est pas chimiquement lié à un autre élément. Depuis lors, l’atmosphère terrestre remplie d’oxygène a laissé une biosignature forte et facilement détectable en observant la lumière qui la traverse.

Lorsque la lumière rebondit sur la surface d’un matériau ou traverse un gaz, certaines longueurs d’onde de cette lumière sont plus susceptibles d’être piégées que d’autres. Ce piégeage sélectif des longueurs d’onde est la raison pour laquelle les objets ont des couleurs différentes. Les feuilles des plantes et des arbres sont vertes parce que la chlorophylle est particulièrement efficace pour absorber la lumière dans les longueurs d’onde rouges et bleues, de sorte que la plupart de la lumière qui rebondit vers vos yeux est verte.

La configuration de la lumière manquante est déterminée par la composition spécifique du matériau avec lequel les ondes interagissent. Cela permet aux astronomes d’en savoir plus sur la composition de l’atmosphère ou de la surface d’une exoplanète en mesurant essentiellement la couleur spécifique de la lumière provenant qu’elle renvoie.

WASP-96b : eau et nuages

Cette méthode peut être utilisée pour reconnaître la présence de certains gaz atmosphériques associés à la vie – tels que l’oxygène ou le méthane – car ces gaz laissent des signatures très spécifiques dans la lumière.

Elle peut également être utilisée pour détecter des couleurs particulières à la surface d’une planète. Sur Terre, par exemple, la chlorophylle et les autres pigments que les plantes et les algues utilisent pour la photosynthèse captent des longueurs d’onde spécifiques. Ces pigments produisent des couleurs caractéristiques qui peuvent être détectées à l’aide d’une caméra infrarouge. Si vous deviez voir cette couleur se refléter sur la surface d’une planète lointaine, cela pourrait indiquer la présence de chlorophylle.

Il faudrait un télescope incroyablement puissant pour détecter ces changements subtils dans la lumière d’une exoplanète potentiellement habitable. Pour l’instant, le seul capable d’un tel exploit est le nouveau télescope spatial James Webb. Lorsqu’il a commencé ses opérations scientifiques en juillet 2022, James Webb a relevé le spectre de l’exoplanète géante gazeuse WASP-96b. Celui-ci a montré la présence d’eau et de nuages, mais sur une planète aussi grande et chaude que WASP-96b, il est peu probable de trouver de la vie.

Ce que Webb ne peut pas faire

Toutefois, ces premières données montrent que James Webb est capable de détecter de faibles signatures chimiques dans la lumière provenant d’exoplanètes. Dans les mois à venir, le Webb tournera ses miroirs vers TRAPPIST-1e, une planète potentiellement habitable de la taille de la Terre située à seulement 39 années-lumière.

Webb peut rechercher des biosignatures en étudiant les planètes lorsqu’elles passent devant leur étoile hôte et en captant la lumière des étoiles qui filtre à travers l’atmosphère de la planète. Mais Webb n’est pas conçu pour rechercher la vie, et le télescope ne peut donc examiner que certains des mondes potentiellement habitables les plus proches. Le télescope ne peut également détecter que les changements dans les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone, de méthane et de vapeur d’eau. Si certaines combinaisons de ces gaz peuvent indiquer la présence de vie, Webb est incapable de détecter la présence d’oxygène non lié, qui serait l’indice le plus probant.

Encore mieux en route

Les concepts de pointe pour les futurs télescopes spatiaux, encore plus puissants, prévoient de bloquer la lumière vive de l’étoile mère d’une planète pour révéler la lumière des étoiles réfléchie par la planète. Cette idée est similaire à l’utilisation de votre main pour bloquer la lumière du soleil afin de mieux voir quelque chose au loin. Les futurs télescopes spatiaux pourraient utiliser de petits masques internes ou de grandes structures externes en forme de parapluie pour ce faire. Une fois la lumière des étoiles bloquée, il devient beaucoup plus facile d’étudier la lumière réfléchie par une planète.

Il existe également trois énormes télescopes terrestres actuellement en construction qui peuvent rechercher des biosignatures : Magellan, le Thirty Meter Telescope et le Extremely Large Telescope européen. Chacun d’eux est beaucoup plus puissant que tout autre télescope existant sur Terre et, malgré le handicap de l’atmosphère terrestre qui déforme la lumière des étoiles, ceux-ci pourraient être en mesure de sonder l’atmosphère des mondes les plus proches à la recherche d’oxygène.

Il y a, bien sûr, un grand « mais »

Mais même avec les télescopes les plus puissants des prochaines décennies, les astrobiologistes ne pourront détecter que les biosignatures fortes produites par des mondes qui ont été complètement transformés par la vie.

Malheureusement, la plupart des gaz libérés par la vie terrestre peuvent également être produits par des processus non biologiques – les vaches et les volcans dégagent tous deux du méthane. La photosynthèse produit de l’oxygène, mais c’est également le cas de la lumière du soleil lorsqu’elle divise les molécules d’eau en oxygène et en hydrogène. Il y a de fortes chances que les astronomes détectent quelques faux positifs lors de la recherche de la vie. Pour écarter ces fausses pistes, les astronomes doivent suffisamment bien comprendre une planète pour savoir si ses processus géologiques ou atmosphériques peuvent imiter une biosignature.

MB