C'est une première pour les astronomes qui étudient les mondes en dehors de notre système solaire, les données du télescope spatial Hubble ont identifié de la vapeur d'eau dans l'atmosphère d'une planète d'une taille similaire.... Et même si cette exoplanète orbite autour d'une étoile plus petite que notre soleil, elle se situe dans la zone habitable de cette étoile, l'intervalle de distances orbitales dans laquelle elle serait suffisamment chaude pour que l'eau puisse y être présente sous forme liquide.
Annoncée cette semaine dans deux études indépendantes, la découverte est le fruit de plusieurs années d'observation de l'exoplanète K2-18b, une super-Terre distante d'environ 111 années-lumière de notre système solaire. Découverte en 2015 par la sonde spatiale Kepler de la NASA, K2-18b se distingues de notre planète en de nombreux points : elle pèse plus de 8 fois la masse de la Terre, ce qui signifie qu'elle est soit une géante de glace comme Neptune, soit une planète rocheuse dotée d'une atmosphère épaisse et riche en hydrogène.
Par ailleurs, l'orbite de K2-18b la rapproche sept fois plus de son étoile que celle de la Terre du Soleil. Cependant, puisque l'étoile en question est une naine rouge de type spectral M, cette orbite la place dans une zone potentiellement compatible avec la vie. Des modèles grossiers estiment que la température effective de K2-18b se situe entre -73 °C et +46 °C mais si elle est aussi réfléchissante que la Terre, sa température d'équilibre devrait plus ou moins correspondre à celle de notre chère planète.
Le fait que les chercheurs aient détecté de l'eau sur ce type de planète ravive les espoirs de trouver des mondes habitables par-delà notre système solaire.
« À l'heure actuelle, c'est la seule planète en dehors du système solaire à notre connaissance dotée de températures compatibles avec la présence d'eau, elle a d'ailleurs une atmosphère qui contient de l'eau, ce qui fait de cette planète la meilleure candidate connue à l'heure actuelle en matière d'habitabilité, » déclarait lors d'une conférence de presse Angelos Tsiaras, coauteur de l'une des deux études.
ET LA LUMIÈRE FUT
Au cours des deux dernières décennies, l'astronomie a connu une véritable révolution. Depuis la première détection d'exoplanètes en 1992, les scientifiques ont catalogué des milliers de mondes extraterrestres en orbite autour de lointaines étoiles dont certains présentent les signes de la présence d'une atmosphère.
Pour une poignée de ces planètes, les astronomes ont même détecté des signes de vapeur d'eau atmosphérique. Cependant, précédemment les mondes où la présence d'eau avait été confirmée étaient incompatibles avec la vie telle que nous la connaissons. Par exemple, en 2018, la NASA avait annoncé la découverte de vapeur d'eau dans l'atmosphère de WASP-39b, une énorme planète de la taille de Saturne où les températures en journée atteignent les 777 °C.
Les chercheurs espéraient un jour trouver de la vapeur d'eau dans une planète dont la taille serait plus proche de la celle de la Terre et qui évoluerait dans la zone d'habitabilité de son étoile mais ces mondes sont relativement petits, ce qui complique grandement l'observation de leur atmosphère. Plus la planète est massive, plus la détection est facile, les chercheurs ont donc concentré leurs efforts sur les super-Terres : des planètes dont la masse peut atteindre 10 fois celle de notre planète, ce qui signifie également qu'elles peuvent présenter une surface rocheuse.
Afin de mettre K2-18b à l'essai, l'astronome de l'université de Montréal Björn Benneke a demandé à utiliser le télescope spatial Hubble pour observer le passage de la super-Terre devant son étoile, ce qu'elle fait tous les 33 jours.
À chacun de ces passages, la lumière de l'étoile traverse l'atmosphère de K2-18b mais ces rayons lumineux n'en ressortent pas à l'identique étant donné que certains composants chimiques présents dans l'atmosphère absorbent la lumière à des fréquences connues. L'eau, en particulier, absorbe les longueurs d'onde du proche infrarouge et génère donc un spectre distinctif de la vapeur d'eau.
Entre 2015 et 2018, l'équipe de Benneke a utilisé Hubble pour surveiller les passages de K2-18b. Lorsqu'ils ont finalement compilé toutes ces données et les ont nettoyées, ils ont identifié ce spectre caractéristique de la vapeur d'eau. Benneke et ses collègues ont publié une version de leur étude en ligne sur arXiv, une archive ouverte de prépublications scientifiques.
TOMBE LA PLUIE
Indépendamment, une équipe dirigée par Tsiaras et Ingo Waldmann de l'University College de Londres a utilisé les mêmes données du télescope Hubble pour effectuer sa propre analyse, publiée hier dans la revue Nature Astronomy. Tout comme l'équipe de Benneke, ils ont également découvert des preuves de la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère de K2-18b. Dans leur article, Tsiaras et Waldmann déclarent que, statistiquement, il n'y a qu'une chance sur 3 000 pour que leurs résultats ne soient dus qu'au hasard.
En plus de stimuler la recherche d'exoplanètes habitables, cette découverte pourrait ouvrir la voie à la compréhension de la météo extraterrestre. L'équipe de Benneke signale que les conditions dans l'atmosphères de K2-18b pourraient permettre la formation de gouttes d'eau liquide et peut-être même de pluie. Des nuages de vapeur d'eau ont déjà été détectés sur des naines brunes, ces objets célestes qui vacillent entre planète et étoile. Si les résultats sont confirmés, K2-18b serait la première exoplanète à présenter des nuages de vapeur d'eau.
Les deux équipes de recherches affirment que leurs études font de K2-18b une cible idéale pour des missions de suivi, notamment celles des futurs télescopes spatiaux James Webb de la NASA et ARIEL de l'Agence spatiale européenne. Contrairement à Hubble, ces télescopes seront en mesure de détecter d'autres gaz atmosphériques, comme le méthane, l'ammoniaque ou le dioxyde de carbone et peut-être même des marqueurs chimiques de la vie.
Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.
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