Le télescope Webb cherchera des signes de vie là-bas

Le télescope spatial James Webb est prêt pour le lancement au port spatial européen de Kourou, en Guyane française, en novembre 2021. (Observatoire européen austral via le New York Times)

Ce mois-ci marquera un nouveau chapitre dans la recherche de la vie extraterrestre, lorsque le télescope spatial le plus puissant jamais construit commencera à espionner les planètes qui orbitent autour d’autres étoiles. Les astronomes espèrent que le télescope spatial James Webb révélera si certaines de ces planètes abritent des atmosphères qui pourraient abriter la vie.

Identifier une atmosphère dans un autre système solaire serait assez remarquable. Mais il y a même une chance, bien qu’infime, qu’une de ces atmosphères offre ce qu’on appelle une biosignature : un signal de la vie elle-même.

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“Je pense que nous pourrons trouver des planètes que nous pensons intéressantes – vous savez, de bonnes possibilités pour la vie”, a déclaré Megan Mansfield, astronome à l’Université de l’Arizona. “Mais nous ne pourrons pas nécessairement identifier la vie immédiatement.”

Jusqu’à présent, la Terre reste la seule planète de l’univers où l’on sait que la vie existe. Les scientifiques envoient des sondes sur Mars depuis près de 60 ans et n’ont pas encore trouvé de Martiens. Mais il est concevable que la vie se cache sous la surface de la planète rouge ou attende d’être découverte sur une lune de Jupiter ou de Saturne. Certains scientifiques ont espéré que même Vénus, malgré son atmosphère brûlante de nuages ​​de dioxyde de soufre, pourrait abriter des Vénusiens.

Même si la Terre s’avère être la seule planète abritant la vie dans notre propre système solaire, de nombreux autres systèmes solaires de l’univers abritent des exoplanètes.

En 1995, des astronomes français ont repéré la première exoplanète en orbite autour d’une étoile semblable au soleil. Connue sous le nom de 51 Pegasi b, l’exoplanète s’est avérée être une maison peu prometteuse pour la vie – une géante gazeuse gonflée plus grande que Jupiter et une température de 1 800 degrés Fahrenheit.

Dans les années qui ont suivi, les scientifiques ont découvert plus de 5 000 autres exoplanètes. Certains d’entre eux sont beaucoup plus similaires à la Terre – à peu près de la même taille, faits de roche plutôt que de gaz et en orbite dans une “zone Goldilocks” autour de leur étoile, pas si près qu’ils sont cuits mais pas jusqu’à être congelés.

Malheureusement, la taille relativement petite de ces exoplanètes les rendait jusqu’à présent extrêmement difficiles à étudier. Le télescope spatial James Webb, lancé à Noël dernier, va changer cela, agissant comme une loupe pour permettre aux astronomes de regarder de plus près ces mondes.

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Depuis son lancement depuis Kourou, en Guyane française, le télescope a parcouru 1 million de kilomètres de la Terre, entrant sur sa propre orbite autour du soleil. Là, un bouclier protège son miroir de 21 pieds de toute chaleur ou lumière du soleil ou de la Terre. Dans cette obscurité profonde, le télescope peut détecter de faibles lueurs de lumière lointaines, y compris celles qui pourraient révéler de nouveaux détails sur des planètes lointaines.

Le télescope spatial “est le premier grand observatoire spatial à prendre en compte l’étude des atmosphères d’exoplanètes dans sa conception”, a déclaré Mansfield.

Les ingénieurs de la NASA ont commencé à prendre des photos d’un ensemble d’objets avec le télescope Webb à la mi-juin et publieront ses premières images au public le 12 juillet.

Les exoplanètes figureront dans ce premier lot d’images, a déclaré Eric Smith, scientifique principal du programme. Parce que le télescope passera relativement peu de temps à observer les exoplanètes, Smith a considéré ces premières images comme un regard “rapide et sale” sur la puissance du télescope.

Ces regards rapides seront suivis d’une série d’observations beaucoup plus longues, à partir de juillet, offrant une image beaucoup plus claire des exoplanètes.

Un certain nombre d’équipes d’astronomes prévoient d’examiner les sept planètes qui orbitent autour d’une étoile appelée Trappist-1. Des observations antérieures ont suggéré que trois des planètes occupent la zone habitable.

“C’est un endroit idéal pour chercher des traces de vie en dehors du système solaire”, a déclaré Olivia Lim, une étudiante diplômée de l’Université de Montréal qui observera les planètes trappistes-1 à partir du 4 juillet environ.

Parce que Trappist-1 est une petite étoile froide, sa zone habitable en est plus proche que dans notre propre système solaire. En conséquence, ses planètes potentiellement habitables orbitent à courte distance, ne prenant que quelques jours pour faire le tour de l’étoile. Chaque fois que les planètes passeront devant Trappist-1, les scientifiques pourront s’attaquer à une question fondamentale mais cruciale : l’une d’entre elles possède-t-elle une atmosphère ?

“S’il n’y a pas d’air, il n’est pas habitable, même s’il se trouve dans la zone habitable”, a déclaré Nikole Lewis, astronome à l’Université Cornell.

Lewis et d’autres astronomes ne seraient pas surpris de ne trouver aucune atmosphère autour des planètes de Trappist-1. Même si les planètes avaient développé des atmosphères lors de leur formation, l’étoile les aurait peut-être détruites il y a longtemps avec des rayons ultraviolets et des rayons X.

“Il est possible qu’ils puissent simplement éliminer toute l’atmosphère d’une planète avant même qu’elle n’ait eu la chance de commencer à former la vie”, a déclaré Mansfield. « C’est la question de premier ordre à laquelle nous essayons de répondre ici : ces planètes pourraient-elles avoir une atmosphère assez longtemps pour pouvoir développer la vie ?

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Une planète passant devant Trappist-1 créera une petite ombre, mais l’ombre sera trop petite pour que le télescope spatial puisse la capturer. Au lieu de cela, le télescope détectera une légère atténuation de la lumière provenant de l’étoile.

“C’est comme regarder une éclipse solaire les yeux fermés”, a déclaré Jacob Lustig-Yaeger, un astronome effectuant une bourse postdoctorale au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory. “Vous pourriez avoir l’impression que la lumière s’est estompée.”

Une planète avec une atmosphère obscurcirait l’étoile derrière elle différemment d’une planète nue. Une partie de la lumière de l’étoile traversera directement l’atmosphère, mais les gaz absorberont la lumière à certaines longueurs d’onde. Si les astronomes ne regardent que la lumière des étoiles à ces longueurs d’onde, la planète assombrira encore plus Trappist-1.

Le télescope enverra ces observations de Trappist-1 vers la Terre. “Et puis vous recevez un e-mail du genre” Bonjour, vos données sont disponibles “”, a déclaré Mansfield.

Mais la lumière provenant de Trappist-1 sera si faible qu’il faudra du temps pour lui donner un sens. “Votre œil est habitué à traiter des millions de photons par seconde”, a déclaré Smith. “Mais ces télescopes, ils ne collectent que quelques photons par seconde.”

Avant que Mansfield ou ses collègues astronomes puissent analyser les exoplanètes passant devant Trappist-1, ils devront d’abord la distinguer des minuscules fluctuations produites par la propre machinerie du télescope.

“Une grande partie du travail que je fais consiste à m’assurer que nous corrigeons soigneusement tout ce que le télescope fait de bizarre, afin que nous puissions voir ces minuscules signaux”, a déclaré Mansfield.

Il est possible qu’à la fin de ces efforts, Mansfield et ses collègues découvrent une atmosphère autour d’une planète trappiste-1. Mais ce seul résultat ne révélera pas la nature de l’atmosphère. Il pourrait être riche en azote et en oxygène, comme sur Terre, ou plus proche du ragoût toxique de dioxyde de carbone et d’acide sulfurique sur Vénus. Ou il pourrait s’agir d’un mélange que les scientifiques n’ont jamais vu auparavant.

“Nous n’avons aucune idée de la composition de ces atmosphères”, a déclaré Alexander Rathcke, astronome à l’Université technique du Danemark. “Nous avons des idées, des simulations et tout ça, mais nous n’en avons vraiment aucune idée. Il faut aller voir. »

Le télescope spatial James Webb, parfois appelé JWST, peut s’avérer suffisamment puissant pour déterminer les ingrédients spécifiques des atmosphères d’exoplanètes, car chaque type de molécule absorbe une gamme différente de longueurs d’onde de lumière.

Mais ces découvertes dépendront de la météo sur les exoplanètes. Une couverture brillante et réfléchissante de nuages ​​pourrait empêcher toute lumière stellaire de pénétrer dans l’atmosphère d’une exoplanète, ruinant toute tentative de trouver de l’air extraterrestre.

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“Il est vraiment difficile de faire la distinction entre une atmosphère avec des nuages ​​ou sans atmosphère”, a déclaré Rathcke.

Si la météo coopère, les astronomes sont particulièrement impatients de voir si les exoplanètes ont de l’eau dans leur atmosphère. Au moins sur Terre, l’eau est une exigence essentielle pour la biologie. “Nous pensons que ce serait probablement un bon point de départ pour chercher la vie”, a déclaré Mansfield.

Mais une atmosphère aqueuse ne signifie pas nécessairement qu’une exoplanète abrite la vie. Pour être sûr qu’une planète est vivante, les scientifiques devront détecter une biosignature, une molécule ou une combinaison de plusieurs molécules qui est fabriquée de manière distincte par des êtres vivants.

Les scientifiques débattent encore de ce que serait une biosignature fiable. L’atmosphère terrestre est unique dans notre système solaire en ce sens qu’elle contient beaucoup d’oxygène, en grande partie le produit des plantes et des algues. Mais l’oxygène peut également être produit sans l’aide de la vie, lorsque les molécules d’eau dans l’air sont divisées. Le méthane, de même, peut être libéré par des microbes vivants mais aussi par des volcans.

Il est possible qu’il existe un équilibre gazeux particulier qui puisse fournir une biosignature claire, qui ne peut être maintenue sans l’aide de la vie.

“Nous avons besoin de scénarios extrêmement favorables pour trouver ces biosignatures”, a déclaré Rathcke. « Je ne dis pas que ce n’est pas possible. Je pense juste que c’est tiré par les cheveux. Nous devons être extrêmement chanceux.

Joshua Krissansen-Totton, scientifique planétaire à l’Université de Californie à Santa Cruz, a déclaré que trouver un tel équilibre pourrait obliger le télescope Webb à observer une planète passant à plusieurs reprises devant Trappist-1.

“Si quelqu’un se présente au cours des cinq prochaines années et dit:” Oui, nous avons trouvé la vie avec JWST “, je serai très sceptique quant à cette affirmation”, a déclaré Krissansen-Totton.

Il est possible que le télescope spatial James Webb ne soit tout simplement pas capable de trouver des biosignatures. Cette tâche pourrait devoir attendre la prochaine génération de télescopes spatiaux, dans plus d’une décennie. Ceux-ci étudieront les exoplanètes de la même manière que les gens regardent Mars ou Vénus dans le ciel nocturne : en observant la lumière des étoiles se reflétant sur elles sur le fond noir de l’espace, plutôt qu’en les observant lorsqu’elles passent devant une étoile.

“La plupart du temps, nous ferons le travail de base très important pour les futurs télescopes”, a prédit Rathcke. “Je serais très surpris si JWST fournit des détections de biosignature, mais j’espère être corrigé. Je veux dire, c’est essentiellement pour cela que je fais ce travail.

© 2022 La Compagnie du New York Times

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