Les scientifiques ont réalisé une avancée majeure dans la simulation de conditions brumeuses sur des exoplanètes riches en eau, fournissant ainsi de nouvelles informations sur les défis liés à l'observation de ces mondes lointains à la recherche de vie extraterrestre. Les chercheurs ont réussi à simuler les conditions qui créeraient un ciel brumeux sur une exoplanète riche en eau. Il s’agit d’une étape clé pour déterminer comment la brume interfère avec les observations des télescopes au sol et spatiaux.

Illustration de deux exoplanètes riches en eau et aux atmosphères brumeuses. Crédit photo : Roberto Molar Candanosa/Université Johns Hopkins

De nouveaux outils pour la recherche sur les exoplanètes

Cette recherche fournit de nouveaux outils pour étudier la chimie atmosphérique des exoplanètes et aidera les scientifiques à modéliser la formation et l’évolution de l’eau des exoplanètes. Ces découvertes pourraient aider à la recherche de vie en dehors du système solaire.

"La question la plus importante est de savoir si la vie existe en dehors du système solaire, mais répondre à cette question nécessite une modélisation très détaillée de tous les différents types de planètes, en particulier des planètes contenant de grandes quantités d'eau", a déclaré Sarah Hörst, co-auteure et professeure agrégée de sciences de la Terre et des planètes à l'Université Johns Hopkins. "Cela a été un grand défi car nous n'avons pas suffisamment de travail en laboratoire pour le faire, nous essayons donc d'utiliser ces nouvelles techniques de laboratoire pour obtenir plus d'informations à partir des données que nous obtenons de tous ces grands télescopes sophistiqués que nous utilisons."

L'équipe de recherche a publié ses résultats le 27 novembre dans la revue Nature Astronomy.

Les chercheurs affirment que le fait que l'atmosphère d'une planète contienne de la brume ou d'autres particules peut avoir un impact significatif sur les températures mondiales, les niveaux de lumière des étoiles et d'autres facteurs susceptibles d'entraver ou de favoriser l'activité biologique. L'équipe a mené ses expériences dans une chambre spécialement conçue dans le laboratoire de Horst. Horst a déclaré qu'ils avaient déterminé pour la première fois l'ampleur de la brume qui pouvait se former sur les planètes aquatiques en dehors de notre système solaire.

La brume est constituée de particules solides en suspension dans un gaz, qui modifient la façon dont la lumière interagit avec le gaz. Différents niveaux et types de brume affectent la façon dont les particules se déplacent dans l’atmosphère, modifiant ainsi ce que les scientifiques détectent avec des télescopes sur des planètes lointaines.

Les défis de l'observation des exoplanètes

"L'eau est la première chose que nous recherchons lorsque nous essayons d'observer si une planète est habitable, et de l'eau excitante a été observée dans les atmosphères d'exoplanètes. Mais nos expériences et nos modélisations montrent que ces planètes peuvent également contenir de la brume", a déclaré Chao He, un planétologue de l'Université Johns Hopkins qui a dirigé l'étude. "Cette brume complique vraiment nos observations car elle obscurcit nos observations des signatures chimiques et moléculaires des atmosphères des exoplanètes."

Les scientifiques utilisent des télescopes pour étudier les exoplanètes, observant comment la lumière se déplace à travers leur atmosphère et découvrant comment les gaz atmosphériques absorbent différentes teintes, ou longueurs d'onde, de la lumière. Des observations faussées peuvent conduire à des appréciations erronées sur les quantités de substances importantes présentes dans l'air, telles que l'eau et le méthane, ainsi que sur les types et les niveaux de particules dans l'atmosphère. De telles erreurs de lecture pourraient nuire aux conclusions des scientifiques sur les températures mondiales, l'épaisseur de l'atmosphère et d'autres conditions planétaires, a déclaré Horst.

Simulation des atmosphères d'exoplanètes

L’équipe a concocté deux mélanges gazeux contenant de la vapeur d’eau et d’autres composés supposés être communs aux exoplanètes. Ils ont éclairé le mélange avec de la lumière ultraviolette, simulant la façon dont la lumière des étoiles déclenche des réactions chimiques qui créent des particules de brume. Ils ont ensuite mesuré la quantité de lumière absorbée et réfléchie par les particules de brume pour comprendre comment elles interagissaient avec la lumière de l’atmosphère.

Les nouvelles données correspondent plus précisément à la signature chimique d'une exoplanète bien étudiée, GJ1214b, que les études précédentes, démontrant qu'une brume ayant des propriétés optiques différentes peut conduire à des lectures erronées de l'atmosphère d'une planète.

orientations futures de la recherche

Les atmosphères extraterrestres peuvent être très différentes de celles du système solaire, a ajouté Hörst, ajoutant qu'il existe plus de 5 000 exoplanètes confirmées et que leur chimie atmosphérique varie.

L’équipe travaille actuellement à créer davantage d’« analogues » de brume fabriqués en laboratoire avec des mélanges de gaz qui reflètent plus précisément ce qu’ils voient dans les télescopes.

"Lorsque les gens modéliseront ces atmosphères, ils seront en mesure d'utiliser ces données pour comprendre la température de l'atmosphère et de la surface de la planète, s'il y a des nuages, quelle est leur hauteur, de quoi ils sont constitués ou quelle est la vitesse des vents", a déclaré Horst. "Toutes ces choses peuvent nous aider à vraiment nous concentrer sur une planète spécifique et à rendre nos expériences uniques, plutôt que de simples tests généralisés pour essayer de comprendre la situation dans son ensemble."