De la vapeur d'eau a été repérée sur une planète de la zone habitable à 110 années-lumière

art conceptuel pour K2-18b UCL

Les astronomes ont détecté pour la première fois des preuves d'eau sur une planète potentiellement habitable en dehors de notre système solaire.

Les découvertes montrent que la planète K2-18b, qui orbite autour d'une étoile naine rouge à 110 années-lumière de la Terre et que l'on pensait déjà potentiellement habitable, a de la vapeur d'eau dans son atmosphère.

C'est la première fois qu'une telle découverte, rapportée dans une paire d'articles publiés dans Astronomie naturelle et téléchargé sur arXiv , a été conçu pour une planète qui se trouve dans la zone habitable - la plage orbitale autour d'une étoile où de l'eau liquide pourrait théoriquement exister à la surface d'une planète.

C'est la seule planète que nous connaissons actuellement en dehors du système solaire qui a la bonne température pour supporter l'eau, a une atmosphère et contient de l'eau, ce qui fait de cette planète le meilleur candidat pour l'habitabilité que nous connaissons en ce moment, dit Angelos Tsiaras, scientifique exoplanétaire de l'University College London et auteur principal de l'étude Nature Astronomy.

Alors que les deux articles partagent la conclusion générale que K2-18b a une teneur en eau, il y a pas mal de lumière du jour entre leurs approches, et leurs résultats ont des implications différentes pour la structure globale de la planète elle-même.

Là où les deux groupes s'accordent, c'est que K2-18b n'est pas une autre Terre. L'exoplanète a huit fois la masse de la Terre et deux fois sa taille. Elle est assez proche de son étoile hôte (avec une période orbitale de 33 jours), mais cette étoile fait la moitié de la taille et de la température du soleil. L'existence de K2-18b a été confirmée en 2015, et études ultérieures a suggéré qu'il était rocheux et peut-être en possession d'une enveloppe gazeuse importante ou d'un océan.

Les deux équipes ont examiné les données de Hubble pour observer les transits stellaires de K2-18b alors qu'il tournait autour de son étoile hôte. Lorsque la lumière stellaire se déplace dans l'atmosphère d'une planète, elle est dispersée par la présence de différents éléments et composés atmosphériques. Les scientifiques peuvent analyser cette diffusion pour déterminer de quoi est faite l'atmosphère d'une planète. L'équipe dirigée par Björn Benneke, chercheur sur les exoplanètes de l'Université de Montréal et auteur principal de l'article arXiv, a également eu accès aux données des télescopes spatiaux Kepler et Spitzer.

Le résultat est que l'article de Nature Astronomy, qui est évalué par des pairs et plus conservateur dans ses conclusions, conclut qu'il y a une concentration significative d'eau dans l'atmosphère de K2-18b, bien que les chercheurs pensent qu'elle pourrait représenter aussi peu que 0,01 % de l'atmosphère. ou jusqu'à 50 %.

Tsiaras et son équipe pensent que la planète est probablement une super-Terre rocheuse en possession d'une atmosphère qui est soit très hydrique, fortement mélangée à un gaz transparent comme l'azote, soit caractérisée par une importante formation de nuages. Cette eau atmosphérique pourrait être un signe d'eau liquide à la surface (qui pourrait peut-être être complètement recouverte par un océan), mais ce n'est pas clair pour le moment.

Pendant ce temps, Benneke et son équipe arrivent à la conclusion que K2-18b a des nuages ​​​​faits d'eau - beaucoup d'entre eux. Ils proposent également une version beaucoup plus exotique de la planète. Leur modèle, qui intègre les données de Kepler et Spitzer, suggère que K2-18b est un mini-Neptune constitué d'un petit noyau glacé ou rocheux enveloppé dans une enveloppe gazeuse. Dans certaines couches de l'atmosphère, la vapeur d'eau est capable de se condenser en gouttelettes liquides. D'un point de vue astrobiologique, c'est beaucoup plus important, dit Benneke. C'est la présence d'eau liquide - et non de vapeur - qui permet aux processus biochimiques de la vie de se dérouler. K2-18b pourrait abriter une vie microscopique flottant à travers la couche de gaz et vivant des gouttelettes d'eau condensées dans les nuages.

Les deux documents sont affectés par les limites de la technologie actuelle. En effet, Hubble est une sorte d'antiquité de nos jours. Ses caméras n'étaient pas vraiment destinées à ce genre d'études, et il n'y a pas grand-chose que les logiciels peuvent faire dans l'analyse post-observation pour modéliser une atmosphère à 110 années-lumière.

Kepler et Spitzer fournissent un plus large éventail d'observations (d'où les modèles de formation des nuages ​​de l'article arXiv), mais ils sont moins précis que Hubble. Nous n'avons toujours aucune idée des températures sur la planète (l'équipe de Tsiaras propose une fourchette entre -100 et 116 °F, ou -73 et 47 °C), où se trouve précisément la vapeur d'eau dans l'atmosphère, quels autres composés pourraient être trouvés dans l'atmosphère, qu'il s'agisse d'une planète verrouillée par les marées, ou de tout autre trait qui pourrait donner une image plus précise de la façon dont K2-18b pourrait être habitable.

Les télescopes au sol pourraient être en mesure de faire des observations utiles, mais il est en fait très difficile d'observer une atmosphère avec de l'eau par une atmosphère avec de l'eau. Certains télescopes, comme le Télescope extrêmement grand dans le nord du Chili et le Télescope de trente mètres à Hawaï, pourraient avoir de la chance en étudiant K2-18b, mais aucun ne sera opérationnel avant la seconde moitié de la prochaine décennie.

Donc, à la place, notre meilleur pari est de faire des observations de suivi avec deux successeurs de Hubble : le télescope spatial James Webb, qui doit être lancé en orbite en 2021 mais a été retardé à plusieurs reprises, et le télescope spatial ARIEL de l'Agence spatiale européenne, prévu à lancer en 2029. Les deux seront capables de faire des observations plus précises et plus larges à travers le spectre électromagnétique, identifiant plus de types de molécules dans l'atmosphère, comme le dioxyde de carbone, le méthane ou l'ammoniac. Ces télescopes nous aideront également à obtenir une idée beaucoup plus concrète de la teneur en eau et de la structure de K2-18b, que la planète se révèle être une super-Terre ou une mini-Neptune.

Le fait que nous puissions encore utiliser Hubble pour faire de la science innovante comme celle-ci est absolument stupéfiant, déclare Ryan Cloutier du Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, qui n'a participé à aucune des deux études. Pourtant, un instrument comme le JWST fournira une amélioration d'un ordre de grandeur de la précision des mesures par rapport à Hubble, dit-il, ce qui rendra beaucoup plus facile la réalisation d'études détaillées de l'un des 55 exoplanètes de la zone habitable .

Il est important de noter que les signaux K2-18b sont loin d'être hermétiques. Ces types d'études sont toujours délicats, dit Cloutier. Dans le passé, certains signaux ont essentiellement 'disparu' après une analyse plus approfondie ou après une analyse indépendante par une autre équipe de recherche.

Pourtant, il est rare d'apercevoir des preuves d'eau dans l'atmosphère d'une autre planète, et cela seul devrait contribuer à susciter suffisamment d'intérêt pour poursuivre ce type d'études lorsque les technologies de la prochaine décennie seront mises en ligne.

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