Comment le logiciel de modélisation d'exoplanètes de la NASA a simulé les conditions sur Earth-Twin Proxima B

La semaine dernière, la Terre s'est réveillée en apprenant qu'elle avait un jumeau en orbite autour de Proxima Centauri, une étoile naine rouge et la plus proche voisine du soleil, à seulement 4,24 années-lumière. Proxima b, comme on appelle cette planète jumelle, est un peu plus grande que la Terre et tourne autour de son étoile tous les 11 jours à une distance qui n'est que de 1/20e de la Terre par rapport au soleil.

Mais comme Proxima Centauri est beaucoup moins lumineuse que le soleil, Proxima b se situe bien dans la zone dite habitable dans laquelle de l'eau liquide pourrait exister à sa surface. Cela a conduit à des spéculations détaillées sur ce à quoi pourrait ressembler la surface de Proxima b et sur la probabilité que ces conditions puissent soutenir la vie.

Mais la NASA dispose d'un outil de modélisation logiciel appelé VPlanet qui modélise les conditions sur les exoplanètes en fonction de ce que l'on sait d'elles, de leur étoile mère et des processus d'évolution planétaire. VPlanet prévoit ensuite les conditions possibles à la surface et prédit si la planète est habitable ou non.

Aujourd'hui, Rory Barnes et ses amis de l'Institut d'astrobiologie de la NASA disent qu'ils ont laissé VPlanet analyser les données recueillies sur Proxima b. Cela leur a permis de prédire les conditions possibles sur Proxima b.

VPlanet commence par décomposer le problème de la détermination de l'habitabilité des exoplanètes en neuf tâches distinctes qui explorent chacune un aspect différent de l'évolution planétaire. Par exemple, une tâche examine l'évolution de l'étoile mère pour voir comment les changements de luminosité, par exemple, auraient influencé l'environnement immédiat de la planète. Un autre examine le mouvement de ce système stellaire à travers la galaxie, à la recherche de rencontres rapprochées qui auraient pu avoir une influence.

Un autre module examine le transport de la chaleur du noyau de la planète vers la surface pour voir comment cela aurait influencé la température à la surface. Et un autre simule la façon dont l'atmosphère de la planète aurait pu s'échapper dans l'espace et combien resterait en place aujourd'hui. Etc.

Les résultats de ce processus de modélisation sont intéressants à lire. Une façon de faire des prédictions impliquant des situations complexes consiste à exécuter une simulation plusieurs fois pour voir si elles se retrouvent généralement au même endroit. VPlanet utilise cette technique pour modéliser l'influence des étoiles qui passent sur l'orbite de Proxima b en sélectionnant aléatoirement des paramètres orbitaux raisonnables pour 10 000 simulations différentes. Dans chaque cas, l'équipe a arrêté la simulation lorsque l'orbite de Proxima b est devenue instable.

Cela s'est produit dans environ 15 % des essais. C'est important parce que ce genre d'instabilités aurait un impact énorme sur l'habitabilité d'une planète.

VPlanet a également conclu que si Proxima b s'est formée à sa distance actuelle de son étoile, elle doit être verrouillée par la marée. En d'autres termes, il présente continuellement le même visage à son étoile, comme la lune le fait à la Terre. Cela ferait bouillir un côté de la planète tandis que l'autre serait glacial. Ce serait impropre à la vie.

Il y a cependant une mise en garde. Si l'atmosphère de la planète est suffisamment épaisse pour transporter efficacement la chaleur autour de la planète, la température serait beaucoup plus agréable et Proxima b pourrait toujours être habitable tout en étant verrouillée par les marées.

Bien sûr, la planète peut avoir migré à sa distance actuelle d'un autre endroit, auquel cas elle ne serait pas verrouillée par les marées.

L'état de l'atmosphère de Proxima b est une autre préoccupation cruciale. À cet égard, VPlanet simule de nombreux scénarios potentiels en partant de l'hypothèse que la planète a commencé sa vie avec un approvisionnement en eau abondant, plusieurs fois supérieur à celui de la Terre. Dans ces conditions, VPlanet prédit que la majeure partie de l'eau se décompose et que l'hydrogène résultant s'échappe dans l'espace. Si Proxima b s'est formée avec moins de dix fois la teneur en eau de la Terre, et/ou avait un océan de convection persistant, réduisant le magma, elle est probablement desséchée aujourd'hui, explique l'équipe.

Il existe une autre possibilité : que Proxima b ait une enveloppe d'hydrogène qui s'échappe dans l'espace tout en préservant l'eau en surface. Dans ce cas, Proxima b serait habitable aujourd'hui, bien que Barnes et co soient incapables de chiffrer sa probabilité.

En bref, VPlanet suggère que Proxima b pourrait actuellement exister dans un large éventail d'états possibles, dont certains pourraient supporter la vie tandis que d'autres ne le feraient pas. Barnes et co concluent que Proxima b pourrait ressembler à Vénus, desséchée, chaude et impropre à la vie; il pourrait ressembler à Neptune, entouré d'une enveloppe d'hydrogène qui rendrait la surface trop chaude pour être habitable.

VPlanet prédit également que Proxima b pourrait être si riche en oxygène que cela aurait empêché l'évolution de la vie - l'oxygène, bien sûr, est hautement réactif et un puissant oxydant.

Mais la prédiction la plus excitante est que Proxima b ressemble à la Terre avec de l'eau liquide et une atmosphère propice à la vie. Dans ce cas, disent Barnes et co, cela ressemblerait à un point violet pâle lorsque nous l'observons enfin.

C'est un peu surprenant étant donné que son étoile mère est une naine rouge mais pas si différente de l'apparence de la Terre en tant que point bleu pâle, si quelqu'un sur Proxima b regarde dans cette direction.

Bien sûr, ce dont les astrobiologistes ont besoin maintenant, ce sont plus de données. Proxima b deviendra sûrement la planète la plus étudiée en dehors de notre système solaire. La prochaine génération de télescopes spatiaux apportera un éclairage indispensable sur la question. Les données qu'ils recueillent aideront à réduire l'éventail des trajectoires évolutives possibles que Proxima b aurait pu emprunter.

Le principal de ces observatoires est le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu en 2018, et le télescope infrarouge à champ large, dont le lancement est prévu au milieu des années 2020. La prochaine génération de télescopes au sol, qui mesureront plus de 30 mètres de diamètre, devrait également pouvoir entrevoir le jumeau de la Terre.

Ces instruments pourront effectuer des relevés spectrographiques de l'atmosphère de Proxima b, à la recherche d'indices d'oxygène, de méthane, de dioxyde de carbone et d'hydrogène. Cela pourrait indiquer si les conditions y sont propices à la vie. Un jour, la Terre pourrait même se réveiller en apprenant que les astronomes ont détecté le reflet de l'océan, la lumière des étoiles se reflétant sur l'eau de mer lorsque la planète tourne. Quel moment excitant ce serait.

Réf : arxiv.org/abs/1608.06919 : L'habitabilité de Proxima Centauri b I : Scénarios évolutifs ; arxiv.org/abs/1608.08620 : L'habitabilité de Proxima Centauri b II : États environnementaux et discriminants observationnels

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