Des astronomes pourraient être sur le point de confirmer pour la première fois la présence d’une atmosphère similaire à celle de la Terre sur une exoplanète, si les analyses plus poussées confirment les observations préliminaires du télescope spatial James Webb.
Cette planète fait partie d’un système situé à environ 40 années-lumière de la Terre, appelé TRAPPIST-1. Découvert en 2016 par cinq astronomes belges, ce système porte le nom d’une bière qu’ils affectionnent particulièrement et fait depuis l’objet d’études approfondies.
« En tant que système planétaire, il est d’une étrangeté remarquable », explique Néstor Espinoza, astronome au Space Telescope Science Institute de Baltimore. « L’étoile est très petite, à peine la taille de Jupiter, et elle possède au moins sept planètes rocheuses en orbite. Trois d’entre elles se trouvent dans ce que nous appelons la zone habitable, c’est-à-dire suffisamment près de l’étoile pour, si elles disposent d’une atmosphère, pouvoir abriter de l’eau liquide. »
Espinoza et ses collègues ont concentré leurs études sur TRAPPIST-1 e, la quatrième planète du système. Dans une étude publiée la semaine dernière dans The Astrophysical Journal Letters, quatre observations effectuées en 2023 par le télescope Webb n’ont pas permis d’exclure la présence d’une atmosphère, suscitant ainsi un certain optimisme.
« D’après ces quatre premières observations, nous ne pouvons pas affirmer que cette planète n’a pas d’atmosphère, donc le rêve est toujours vivant — elle pourrait en avoir une », souligne Espinoza, précisant qu’un programme de suivi comprenant 15 observations supplémentaires est en cours.
Jusqu’à présent, le télescope Webb a seulement pu écarter la présence d’une atmosphère sur TRAPPIST-1 b, la planète la plus proche de l’étoile. Pour les six autres, l’enquête est toujours ouverte, avec TRAPPIST-1 e considéré comme l’un des meilleurs candidats pour abriter de l’eau liquide à sa surface.
« Il y a trois ans, avant le lancement de James Webb, ce type d’études relevait de la science-fiction », rappelle Espinoza. « Aujourd’hui, je suis convaincu que nous pourrons déterminer la nature de l’atmosphère de TRAPPIST-1 e — et si elle ressemble à celle de la Terre, nous pourrons le savoir. »
TRAPPIST-1 e a une taille proche de celle de la Terre et orbite autour de son étoile en seulement six jours, un rythme bien plus rapide que celui de notre planète autour du Soleil. Cette différence s’explique par la petite taille de TRAPPIST-1, beaucoup plus réduite que notre Soleil, ce qui fait que toutes ses planètes évoluent très près de lui. « Si l’on ramenait magiquement l’étoile TRAPPIST-1 dans notre système solaire, toutes ses planètes et leurs orbites tiendraient dans celle de Mercure », illustre Espinoza.
Pour détecter une atmosphère, les astronomes observent le transit d’une planète devant son étoile, en notant les minuscules variations de la lumière filtrée, qui révèlent la présence d’un gaz et renseignent sur sa composition chimique.
Grâce aux quatre transits observés par Webb en 2023, les chercheurs ont pu écarter une atmosphère primaire à base d’hydrogène, probablement soufflée par les rayonnements intenses de l’étoile. (La Terre a elle aussi perdu sa première atmosphère primaire avant d’en développer une secondaire, un espoir pour TRAPPIST-1 e.)
Ce scénario est précisé dans une seconde étude publiée simultanément. Elle souligne qu’une atmosphère riche en dioxyde de carbone, comme celles de Vénus ou Mars, est improbable, en faveur d’une composition majoritairement azotée, plus proche de celle de la Terre ou de Titan, la lune glacée de Saturne.
« TRAPPIST-1 e reste une des planètes de la zone habitable les plus intéressantes et ces résultats nous rapprochent de la compréhension de sa nature réelle », affirme Sara Seager, professeure en sciences planétaires au MIT et co-auteure des deux études. « L’exclusion d’atmosphères analogues à Vénus ou Mars concentre notre attention sur d’autres scénarios encore envisageables. »
Espinoza indique que son équipe compte achever le nouveau cycle de 15 observations d’ici la fin de l’année, dont les deux tiers ont déjà été réalisées. Si des preuves irréfutables d’une atmosphère sont détectées, d’autres observations avec Webb seront envisagées afin d’identifier des signatures chimiques spécifiques, telles que le méthane, associé à la vie sur Terre.
La confirmation d’une atmosphère serait une avancée majeure, souligne-t-il : « Cela trancherait un débat important sur la capacité des systèmes autour des naines rouges à maintenir une atmosphère. Ces naines rouges représentent la grande majorité des étoiles de l’univers. Si une atmosphère peut y subsister, alors cela peut arriver partout. Les chances pour la vie se multiplient alors. »
Paradoxalement, même l’absence d’atmosphère constituerait un résultat passionnant, car elle soulignerait à quel point la vie sur Terre est exceptionnelle. Ce constat ouvrirait aussi la voie à la recherche de planètes autour d’étoiles jaunes comme le Soleil, grâce à des télescopes encore plus performants que Webb, actuellement en projet.
Michaël Gillon, directeur de recherche à l’Université de Liège et découvreur du système TRAPPIST-1, vient saluer ces premières données comme très prometteuses. « Les données ne sont pas encore concluantes », souligne-t-il, « mais elles démontrent que le télescope a la capacité de détecter une atmosphère semblable à celle de la Terre si elle existe. Pour la première fois, nous pouvons envisager une telle découverte. »
Selon Eric Agol, professeur d’astronomie à l’Université de Washington et co-chercheur sur la nouvelle série d’observations, les conditions sur les planètes de TRAPPIST-1 rappellent celles des planètes terrestres de notre système solaire. Elles pourraient héberger de l’eau liquide en surface, mais cela nécessite une atmosphère suffisamment stable pour éviter que l’eau ne gèle ou ne s’évapore dans l’espace. TRAPPIST-1 e est le meilleur candidat pour cela.
« Les résultats sont intéressants mais incomplets », tempère Agol. « Je reste neutre quant à la présence d’une atmosphère terrestre sur TRAPPIST-1 e, cette étude n’ayant pas modifié mon opinion actuelle. »
D’après Howard Chen, professeur assistant aux sciences spatiales à l’Institut de Technologie de Floride, TRAPPIST-1 e se trouve à un véritable « point de bascule » entre deux états opposés, selon des simulations détaillées dans un récent article. Selon son histoire, la planète pourrait être très sèche ou très humide, ce qui rend plausibles à la fois un monde désertique ou couvert d’océans.
« Les données actuelles de Webb ne permettent pas encore de trancher, mais cette incertitude correspond parfaitement à nos modèles », détaille Chen. « Le fait que TRAPPIST-1 e puisse être soit très sèche, soit très humide, signifie que les prochaines observations pourraient révéler une surprise majeure. »
Points à retenir
- Le système TRAPPIST-1, découvert par les astronomes belges, comprend sept planètes rocheuses autour d’une naine rouge, offrant une occasion unique d’étudier des exoplanètes potentiellement habitables.
- TRAPPIST-1 e est la cible principale des observations car elle se trouve dans la zone habitable et pourrait avoir une atmosphère semblable à celle de la Terre.
- Les observations initiales du télescope James Webb excluent une atmosphère primaire à base d’hydrogène, mais la présence d’une atmosphère secondaire plus complexe reste possible.
- Une atmosphère riche en azote, proche de celle de la Terre ou de Titan, semble plus probable que celle, étouffante, de Vénus ou Mars.
- Les prochaines observations seront cruciales pour confirmer l’existence d’une atmosphère et détecter d’éventuelles signatures chimiques associées à la vie.
- Même en cas d’absence d’atmosphère, la singularité de la Terre serait renforcée, tout en orientant les recherches futures vers d’autres types d’étoiles et d’exoplanètes.
Cette aventure scientifique illustre à merveille la façon dont les progrès technologiques transforment la science-fiction en données tangibles. Si TRAPPIST-1 e se révèle finalement sans atmosphère, on pourra toujours se consoler en se disant que notre chère planète bleue n’a pas fini de nous surprendre. Mais à ce stade, je me demande… quelle sera la prochaine étape ? Un selfie de la lune de TRAPPIST-1 pour nos réseaux sociaux interstellaires ? Allez, espérons que James Webb nous réserve encore quelques jolies révélations…