La vie ne peut probablement pas exister sur autant de planètes que nous le pensions

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Lorsque l'Observatoire spatial Kepler a été lancé en 2009, il a commencé à trouver des planètes autour d'autres étoiles à un rythme qui a ravi les astronomes. Ces données ont conduit à l'estimation que notre galaxie doit contenir environ 40 milliards de planètes semblables à la Terre en orbite dans les zones habitables des étoiles semblables au Soleil et des naines rouges.

La zone habitable est la région autour d'une étoile où de l'eau liquide peut exister à la surface d'une planète. C'est important parce que les preuves sur Terre suggèrent que l'eau liquide est cruciale pour la vie. Et si la vie commence facilement sur des mondes semblables à la Terre, les chiffres de Kepler suggèrent que notre galaxie doit regorger de vie. La course est donc lancée pour en trouver la preuve. Divers télescopes spatiaux sont conçus pour rechercher la signature spectroscopique unique que la vie doit produire.

Mais un défi majeur sera de trouver les meilleures cibles, des planètes où les conditions semblent les plus propices à une vie complexe. Et les astrobiologistes ont commencé à souligner que l'eau liquide seule ne suffit pas. Si l'on se fie à la Terre, la proportion d'autres molécules est également importante. Par exemple, trop de dioxyde de carbone ou de monoxyde de carbone tue la vie complexe telle que nous la connaissons.

Aujourd'hui, Edward Schwieterman de l'Institut d'astrobiologie de la NASA à Riverside, en Californie, et quelques collègues ont révisé la définition d'une zone habitable pour tenir compte des niveaux de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone. En conséquence, ils disent que la zone habitable pour la vie complexe doit être beaucoup plus petite - environ un quart de la largeur permise par la définition précédente. Nos résultats ont un certain nombre d'implications importantes pour la recherche de biosignatures d'exoplanètes et de la vie complexe au-delà de notre système solaire, disent Schwieterman et co.

Tout d'abord un peu de contexte. La taille d'une zone habitable est délicate à calculer car les températures de surface dépendent de divers processus de rétroaction dans l'atmosphère, comme l'effet de serre. La définition conventionnelle d'une zone habitable spécifie une atmosphère contenant de l'azote, du dioxyde de carbone et de l'eau, stabilisée par le même processus de rétroaction carbonate-silicate qui existe sur Terre.

Le cycle carbonate-silicate est un processus à long terme dans lequel les roches silicatées réagissent avec l'eau et le dioxyde de carbone pour créer des roches carbonatées, qui sont ensuite reconverties en roches silicatées et en gaz carbonique par des pressions et des températures élevées et par le volcanisme. Cela conduit à une boucle de rétroaction qui maintient les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère relativement stables, permettant à un effet de serre d'augmenter les températures de surface.

Au bord intérieur de la zone habitable, des niveaux relativement faibles de dioxyde de carbone peuvent créer des températures suffisamment élevées pour l'eau liquide. Sur Terre, les niveaux de dioxyde de carbone nécessaires ont varié au cours de l'histoire de dizaines à des centaines de parties par million.

Mais pour les régions médianes et extérieures de la zone habitable, les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone doivent être beaucoup plus élevées pour maintenir des températures propices à l'eau liquide de surface, disent Schwieterman et co.

Par exemple, une exoplanète souvent considérée comme un bon candidat pour la vie extraterrestre est Kepler-62f. Cette planète fait environ trois fois la masse de la Terre et orbite autour de son hôte dans la constellation de la Lyre à peu près à la même distance que Vénus. Mais parce que l'hôte est moins lumineux que le soleil, Kepler-62F reçoit à peu près la même quantité de lumière solaire que Mars, il se trouve donc à la limite extérieure de la zone habitable.

L'effet de serre pourrait facilement rendre Kepler-62f suffisamment chaud pour l'eau liquide. Mais Schwieterman et co ont calculé qu'il faudrait trois à cinq bars de dioxyde de carbone pour faire l'affaire. C'est 1 000 fois plus que ce qui a jamais existé sur Terre au cours de l'histoire complexe de la vie ici.

L'équipe souligne que ces niveaux de dioxyde de carbone sont toxiques pour la vie la plus complexe sur Terre aujourd'hui, et que l'on pense que l'augmentation des niveaux dans le passé a été un facteur important dans les extinctions de masse. Les limites physiologiques du niveau de dioxyde de carbone que la vie peut tolérer doivent être prises en compte lors de la définition des zones habitables. Ainsi, Kepler-62f n'est peut-être pas un si bon candidat après tout.

Le monoxyde de carbone menace également la vie complexe. Schwieterman et co calculent que les planètes en orbite autour d'étoiles froides sont susceptibles d'avoir des niveaux plus élevés de monoxyde de carbone car les conditions photochimiques sont plus propices à sa production. Cela impose une autre contrainte sur les zones habitables.

Le calcul final de l'équipe consiste à déterminer comment ces contraintes modifient notre compréhension actuelle de la taille de la zone habitable. Une implication est que nous ne pouvons pas nous attendre à trouver des signes de vie intelligente ou de technosignatures sur des planètes en orbite autour de naines M tardives ou sur des planètes potentiellement habitables près du bord extérieur de leurs zones habitables, disent Schwieterman et co.

Cela aura un impact significatif sur les futures recherches de biosignatures d'autres planètes. Les astronomes pourraient bien décider de se concentrer sur des étoiles plus chaudes, semblables au soleil, où les conditions d'une vie complexe sont probablement plus favorables.

Mais les concepteurs des futurs télescopes spatiaux n'ont pas à craindre le manque de cibles. Même si la zone habitable est nettement plus petite qu'on ne le pensait auparavant, il est probable qu'il y aura plusieurs centaines de millions de candidats dans notre seule galaxie. Cela devrait être plus que suffisant pour les missions actuellement prévues.

Réf : arxiv.org/abs/1902.04720 : Une zone habitable limitée pour une vie complexe

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