Le télescope spatial James Webb du NASA étudie les exoplanètes potentiellement habitables de notre galaxie, en se concentrant sur les petites planètes qui pourraient abriter la vie en raison de leur position dans la zone habitable. La détection des atmosphères, et plus encore des biosignatures révélatrices de la vie, est extrêmement difficile en raison de la petite taille des signaux émis par ces planètes et des interférences de leurs étoiles hôtes.
La spectroscopie de transmission du télescope Webb
Le télescope James Webb est engagé dans la recherche d’exoplanètes potentiellement habitables, en utilisant la spectroscopie de transmission pour analyser leurs compositions atmosphériques. Ce processus est compliqué par la petite taille des signaux et le temps d’observation requis, ce qui rend la détection des biosignatures un défi important.
Les exoplanètes sont courantes dans notre galaxie et certaines orbitent dans la zone dite habitable de leur étoile. Le télescope James Webb a observé certaines de ces petites planètes potentiellement habitables, et les astronomes analysent actuellement les données collectées. Les scientifiques du projet Webb, Dr. Knicole Colon et le Dr. Christophe Stark de la Centre de vol spatial Goddard du NASAparlez-nous des défis liés à l’étude de ces mondes.
Définition des planètes potentiellement habitables
Une planète potentiellement habitable est souvent définie comme une planète de taille similaire à celle de Terre qui orbite dans la zone habitable de son étoile, où elle pourrait avoir une température suffisante pour permettre l’existence d’eau liquide à sa surface. Actuellement, nous connaissons environ 30 planètes qui pourraient être de petites planètes rocheuses comme Terre et qui orbitent dans la zone habitable.
L’observation des atmosphères des exoplanètes
Les mondes potentiellement habitables que le télescope Webb Les planètes observées sont toutes des exoplanètes en transit, c’est-à-dire dont les orbites sont presque parfaitement alignées pour passer devant leur étoile hôte. Webb Il utilise cette configuration pour effectuer une spectroscopie de transmission, examinant la lumière des étoiles filtrée à travers l’atmosphère des planètes pour en savoir plus sur leur composition chimique.
Cependant, la quantité de lumière stellaire bloquée par la fine atmosphère d’une petite planète rocheuse est infime, généralement bien inférieure à 0,02 %. Même la simple détection d’une atmosphère autour de ces petits mondes est très difficile. Identifier la présence de vapeur d’eau, qui pourrait augmenter les possibilités d’habitabilité, est encore plus difficile. La recherche de biosignatures, de gaz produits biologiquement, est extrêmement difficile, mais aussi une entreprise passionnante.
Actuellement, il n’existe que quelques petits mondes potentiellement habitables accessibles à la caractérisation atmosphérique avec Webby compris les planètes LHS 1140b Et TRAPPISTE-1 e.
Défis techniques dans la détection de biosignature
Quelques travaux théoriques récents explorant la détectabilité des molécules gazeuses dans l’atmosphère de la planète de la taille d’une super-Terre LHS 1140b mettent en évidence plusieurs défis dans la recherche sur la biosignature. Les résultats indiquent qu’environ 10 à 50 transits de la planète autour de son étoile hôte seraient nécessaires, ce qui équivaut à 40 à 200 heures d’observation avec Webbpour tenter de détecter des biosignatures potentielles telles que l’ammoniac, la phosphine, le chlorométhane et l’oxyde nitreux, dans le scénario optimal d’une atmosphère claire et sans nuages.
Horaires d’observation des exoplanètes
Étant donné que Webb Je ne peux pas observer le système LHS1140 tout au long de l’année en raison de la position du système dans le ciel, collecter 50 observations de transit de LHS 1140b cela prendrait plusieurs années, voire presque une décennie. La recherche de biosignatures pourrait nécessiter même plus de 50 observations de transit si l’atmosphère de la planète est nuageuse.
Planètes hycéennes : une nouvelle piste de recherche
Une voie possible dans la recherche de biosignatures est l’étude des planètes hycéennes, une classe théorique de planètes de la taille de la Terre avec une atmosphère riche en hydrogène relativement mince et un vaste océan d’eau liquide. La planète super-Terre K2-18b est un candidat comme Hycean potentiellement habitable, sur la base des données actuelles de Webb et d’autres observateurs.
Récemment, des travaux publiés ont utilisé NIRSpec Et NIRISS détecter le méthane et le dioxyde de carbone dans l’atmosphère de K2-18b, mais pas de l’eau. Cela signifie que l’hypothèse selon laquelle K2-18b si un monde hycéen avec un océan d’eau liquide reste basé sur des modèles théoriques, sans encore de preuves d’observation directes.
Facteurs perturbateurs dans les données d’observation
Un autre facteur inquiétant qui rend difficile l’étude des petits mondes potentiellement habitables Webb est que les étoiles hôtes peuvent également montrer des signes de vapeur d’eau. Cela a été exploré dans des observations récentes par Webb de l’exoplanète rocheuse connue sous le nom de GJ486b. Par conséquent, nous avons le défi supplémentaire de déterminer si la vapeur d’eau détectée par Webb il vient en réalité de l’atmosphère de la planète et non de son étoile.
L’avenir des études sur les exoplanètes
Détecter des biosignatures dans l’atmosphère de petites planètes potentiellement habitables transitant par des étoiles froides est une entreprise extrêmement difficile, nécessitant des conditions idéales (par exemple, des atmosphères sans nuages) ou en supposant des environnements similaires à ceux de Terre primordial (c’est-à-dire différent de Terre moderne), la détection de signaux nettement inférieurs à 200 parties par million, une étoile qui se comporte bien sans quantités significatives de vapeur d’eau dans les taches stellaires et une durée d’observation importante pour obtenir un signal suffisant.
Il est également important de rappeler que la détection d’une seule biosignature ne constitue pas la découverte de la vie. La découverte de la vie sur une exoplanète nécessitera probablement un large éventail de biosignatures détectées sans ambiguïté, des données provenant de plusieurs missions et observatoires, ainsi que des efforts approfondis de modélisation atmosphérique, un processus qui prendra probablement des années.
