Depuis la confirmation de la première exoplanète en 1992, les astronomes ont trouvé des milliers de mondes au-delà de notre système solaire. Avec de plus en plus de découvertes se produisant tout le temps, le centre d'intérêt de la recherche sur les exoplanètes a commencé à passer lentement de la découverte d'exoplanètes à la caractérisation d'exoplanètes. Essentiellement, les scientifiques cherchent maintenant à déterminer la composition des exoplanètes afin de déterminer si elles pourraient ou non soutenir la vie.
Un élément clé de ce processus consiste à déterminer la quantité d'eau qui existe sur les exoplanètes, ce qui est essentiel à la vie telle que nous la connaissons. Lors d'une récente conférence scientifique, une équipe de scientifiques a présenté de nouvelles recherches qui indiquent que l'eau est susceptible d'être une composante majeure de ces exoplanètes qui ont entre deux et quatre fois la taille de la Terre. Ces découvertes auront de sérieuses implications en ce qui concerne la recherche de vie au-delà de notre système solaire.
La recherche a fait l'objet d'une présentation intitulée «Growth Model Interpretation of Planet Size Distribution», qui a eu lieu lors de la Conférence Goldschmidt 2018 à Boston. Au cours d'une session intitulée «Le rôle de l'évacuation atmosphérique extrême des exoplanètes chaudes», l'équipe a présenté des résultats qui indiquaient que les mondes aquatiques étaient peut-être plus courants qu'on ne le pensait auparavant.
Ces résultats étaient basés sur des données Télescope spatial Kepler et Gaia mission, qui ont été analysés par une équipe internationale de scientifiques dirigée par Dr Li Zeng - un chercheur du Département des sciences de la Terre et des planètes de l'Université de Harvard. Comme ils l’ont indiqué, le Kepler mission a précisément mesuré les rayons de plus de 4000 candidats exoplanètes, ainsi que leurs périodes orbitales et d'autres paramètres.
Ces candidats exoplanètes peuvent être divisés en deux catégories de taille: celles qui ont 1,5 fois le rayon de la Terre et celles qui ont en moyenne environ 2,5 rayons terrestres. Combiné aux mesures de masse et de rayon récentes du Gaia mission, l’équipe a pu développer un modèle de la structure interne de ces planètes. Alors que les planètes qui entrent dans la première catégorie sont considérées comme rocheuses, les dernières sont généralement considérées comme allant des super-Terres aux géantes gazeuses de la taille de Neptune.
Cependant, selon le modèle développé par Li et ses collègues, bon nombre des exoplanètes confirmées qui ont entre deux et quatre fois la taille de la Terre peuvent en fait être des mondes aquatiques. Sur ces planètes, environ 50% de la masse est constituée d'eau, tandis que l'eau ne représente que 0,2% de la masse de la Terre. Comme l'a expliqué le Dr Zeng au cours de la présentation:
«Ce fut une énorme surprise de réaliser qu'il doit y avoir tant de mondes aquatiques… Nous avons examiné la relation entre la masse et le rayon, et développé un modèle qui pourrait expliquer la relation. Le modèle indique que les exoplanètes qui ont un rayon d'environ x1,5 rayon terrestre ont tendance à être des planètes rocheuses (typiquement x5 la masse de la Terre), tandis que celles ayant un rayon de x2,5 rayon terrestre (avec une masse autour de x10 celle de la Terre) sont probablement des mondes aquatiques ».
Cependant, lorsque l'on considère les caractéristiques orbitales de ces planètes (c'est-à-dire à quel point elles orbitent vers leurs étoiles respectives), une image très intéressante commence à émerger. Comme Li l'a expliqué, ces «mondes aquatiques» ne sont pas tant des planètes rocheuses couvertes par des océans profonds, mais un type de planète entièrement nouveau pour lequel il n'y a pas d'équivalent dans le système solaire.
«C'est de l'eau, mais pas aussi souvent trouvée ici sur Terre. Leur température de surface devrait se situer entre 200 et 500 degrés Celsius », a-t-il déclaré. «Leur surface peut être enveloppée dans une atmosphère dominée par la vapeur d'eau, avec une couche d'eau liquide en dessous. En allant plus loin, on s'attendrait à ce que cette eau se transforme en glaces à haute pression avant d'atteindre le noyau rocheux solide. La beauté du modèle est qu'il explique à quel point la composition est liée aux faits connus sur ces planètes. »
Ce qui est peut-être encore plus surprenant, c'est à quel point ces planètes semblent communes. Selon leur étude, Li et ses collègues ont indiqué qu'environ 35% de toutes les exoplanètes connues qui sont plus grandes que la Terre devraient être riches en eau. De plus, ils émettent l'hypothèse qu'ils se sont probablement formés d'une manière similaire à la façon dont les noyaux des géantes gazeuses se seraient formés - un noyau rocheux entouré de couches de matériau volatil rendu solide par la pression.
Naturellement, cette découverte a des implications importantes pour la recherche de la vie au-delà de notre système solaire. Jusqu'à présent, l'idée que l'eau est essentielle à la vie telle que nous la connaissons a été abandonnée d'avance aux scientifiques. Mais si cette étude est correcte, il semble que l'eau soit beaucoup plus abondante sur les exoplanètes qu'auparavant et pourrait être un obstacle à la vie telle que nous la connaissons.
Si en effet les mondes aquatiques sont constitués d'atmosphères chaudes et fumantes et de couches de glace denses plus proches de leurs noyaux, il serait difficile pour la vie d'émerger sur ces mondes. Fondamentalement, la chaleur extrême et le manque d'accès à un ensoleillement suffisant, à l'activité hydrothermale et aux masses terrestres créeraient un environnement assez hostile. Néanmoins, l'étude offre des possibilités intrigantes quand il s'agit de caractériser les exoplanètes et de voir ce qui existe.
En regardant vers l'avenir, Li et ses collègues espèrent que le tout nouveau Satellite de sondage sur les exoplanètes en transit (TESS) trouvera beaucoup plus de ces mondes aquatiques. Cela sera ensuite suivi par des télescopes au sol - et le prochain à être lancé Télescope spatial James Webb (JWST) - qui fournira des mesures spectroscopiques qui aideront les scientifiques à caractériser la composition et l'atmosphère de ces planètes.
Comme l'a déclaré le professeur Sara Seager, professeur de sciences planétaires au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et directeur scientifique adjoint de la mission TESS:
«Il est étonnant de penser que les exoplanètes de taille intermédiaire énigmatiques pourraient être des mondes aquatiques avec de grandes quantités d'eau. Espérons que les observations de l'atmosphère dans le futur - des atmosphères à vapeur épaisse - peuvent soutenir ou réfuter les nouvelles découvertes. »
En attendant, il y a encore plein de mondes rocheux à explorer pour trouver des signes de vie!
