La vie dans les mondes étrangers

L'idéal serait bien s?r de pouvoir observer les exoplanètes non seulement de manière indirecte, lorsqu'elles passent devant leur étoile mère, mais aussi de pouvoir en prendre directement une photo. Mais c'est un exercice périlleux, car les exoplanètes sont à peine visibles à c?té de leur étoile mère lumineuse. Quanz développe maintenant, en collaboration avec d'autres chercheurs, un appareil qui devrait être utilisé avec l'Extremely Large Telescope (ELT). L'ELT est actuellement en construction dans le désert d'Atacama au Chili et devrait bient?t, avec un miroir de 39 mètres de diamètre, élargir massivement les possibilités d'observation des astronomes. "Gr?ce à l'ELT, nous pourrons pour la première fois former directement l'image d'une planète semblable à la Terre dans le cas d'une étoile proche, en occultant la lumière de l'étoile mère", explique Quanz.

Toujours de nouvelles surprises

Mais où les chercheurs doivent-ils chercher la vie ? Quels signaux doivent-ils chercher ? Des modèles physiques, tels que ceux développés par Judit Szulágyi, professeure assistante en astrophysique assistée par ordinateur, et son groupe, fournissent des indications à ce sujet. Elle reconstitue ainsi comment, dans une jeune étoile, des planètes se forment peu à peu à partir du disque de poussière et de gaz initial et quels objets devraient être étudiés plus en détail avec les télescopes. Les forces gravitationnelles, les mouvements de gaz, l'interaction de la lumière de l'étoile avec la matière et le magnétisme sont autant de facteurs qui doivent être pris en compte dans ces modèles. Si l'on calcule d'innombrables combinaisons différentes avec ces paramètres, on peut se faire une idée de la diversité des mondes planétaires dans l'univers.

On constate toutefois régulièrement que la nature a plus à offrir que ce que les modèles prévoient. Ainsi, les premières exoplanètes ont déjà été une surprise scientifique, car on ne savait pas jusqu'alors que des planètes géantes aussi grandes que Jupiter pouvaient tourner très près de leur étoile mère. L'existence de ce que l'on appelle les super-Terres, également composées de roches, mais environ une fois et demie plus grandes que la Terre, a également surpris les chercheurs. Bien que les modèles se révèlent toujours inexacts et qu'elle doive adapter ses calculs, Szulágyi se réjouit : "Cela nous donne l'occasion de repenser sans cesse notre conception de la formation des planètes".

Une question importante à laquelle Szulágyi souhaite répondre avec ses modèles est l'origine de l'eau. "La vie sur Terre a besoin d'eau", explique-t-elle. " C'est pourquoi les endroits où la présence d'eau est avérée sont particulièrement intéressants pour nous."Il existe également de tels endroits dans notre système solaire, que les astronomes souhaitent examiner de plus près au cours des prochaines années, par exemple la lune de Jupiter Europe, sur laquelle il existe probablement un océan d'eau sous une épaisse surface de glace, ou la lune de Saturne Encelade, sur la surface de laquelle des fontaines de particules de glace ont été observées.

Des mondes totalement différents

Des indices sur la manière dont les mondes étrangers pourraient être constitués dans d'autres systèmes planétaires proviennent également de la géologie. Paolo Sossi, professeur assistant de planétologie expérimentale, étudie dans son laboratoire de quels minéraux, liquides et gaz exotiques sont constitués l'intérieur et l'atmosphère d'autres planètes. "Dans nos expériences, nous simulons un large éventail de conditions", explique-t-il. "Nous pouvons montrer ce qui se passe à la surface des planètes et comment est constitué l'intérieur de ces corps célestes".

Le défi ici est que l'on ne sait actuellement qu'approximativement comment les planètes sont composées chimiquement. "Une première estimation de la composition résulte du spectre lumineux de l'étoile mère", explique Sossi. "La répartition effective des différents éléments dans le système planétaire autour de l'étoile peut être estimée à partir des masses et des diamètres des planètes, ainsi que sur la base de modèles de calcul. Pour cela, notre système solaire est un bon système de référence, puisque 60 à 70 pour cent de tous les systèmes stellaires étudiés présentent une composition chimique similaire. Sossi essaie donc de mieux comprendre la formation de la Terre et de ses voisines à l'aide de modèles numériques. A partir de là, il peut ensuite reconstruire la masse, le nombre et la répartition des planètes dans d'autres étoiles.

Cependant, il existe aussi des étoiles dont la composition est très différente de celle du Soleil. On y trouve par exemple plus de carbone et moins d'oxygène. En conséquence, les planètes pourraient y être composées d'autres minéraux que notre Terre par exemple. "Le carbure de silicium et de titane, mais aussi les diamants, pourraient être des minéraux prédominants sur ces planètes riches en carbone", explique Sossi. Et cela a à son tour des répercussions sur l'atmosphère de ces planètes. Il se pourrait ainsi que sur de telles planètes, les gouttes de pluie ne soient pas constituées d'eau, mais de graphite.

Une vision à long terme

En fin de compte, la recherche de vie extraterrestre ne réussit que gr?ce à l'interaction de différents éléments. Les observations au moyen de télescopes, les expériences en laboratoire et les modèles numériques sont certainement des piliers importants de la recherche. Mais à c?té de cela, il faut aussi des algorithmes intelligents qui filtrent un maximum d'informations scientifiques dans la masse de données mesurées, ainsi que des instruments qui fournissent exactement les données dont les chercheurs ont besoin. "Le développement d'instruments est central pour nous, planétologues", constate Quanz. "En tant que chercheurs, nous devons comprendre comment fonctionnent les instruments de mesure afin de savoir quelles informations nous obtenons d'eux".

Et il faut une perspective à long terme. C'est pourquoi Quanz pense déjà à une étape ultérieure. Il dirige une initiative internationale qui, avec l'une des grandes missions scientifiques de l'Agence spatiale européenne (ESA) dans les années 2035 à 2050, veut faire faire un grand pas en avant à la recherche de vie extraterrestre. "Avec les télescopes terrestres, nous nous heurtons à des limites, car toutes les molécules pertinentes sont également présentes dans l'atmosphère terrestre et la Terre a une température similaire à celle des exoplanètes qui nous intéressent", explique-t-il. "Si nous voulons surmonter cet énorme bruit de fond de la Terre, nous devons aller dans l'espace. C'est la seule fa?on de trouver des traces de vie dans les atmosphères des exoplanètes".

Malheureusement, il n'est pas possible d'installer dans l'espace des télescopes aussi grands que ceux du désert d'Atacama. C'est pourquoi Quanz et ses collègues font une proposition audacieuse dans le cadre du projet "LIFE - Large Interferometer for Exoplanets" : quatre autres petits télescopes doivent être installés au point de Lagrange L2, c'est-à-dire là où le télescope James Webb fait fureur avec ses prises de vue spectaculaires. "Si nous combinons les signaux de mesure de plusieurs petits télescopes, nous aurons une résolution similaire à celle obtenue avec un seul grand télescope", s'enthousiasme Quanz. "Nous pourrons alors pour la première fois imager directement des planètes semblables à la Terre et les caractériser chimiquement".

Avant d'en arriver là, une série de t?ches techniques exigeantes doivent être résolues : Les télescopes doivent voler dans une formation très précise, qui change constamment en fonction de l'objet cible ; les signaux de mesure des différents satellites doivent être synchronisés avec une grande précision ; et comme peu de lumière arrive des exoplanètes, il faut des capteurs extrêmement sensibles. Enfin, l'approvisionnement en énergie est également un sujet critique, car la réorientation des satellites nécessite beaucoup de carburant.

Quanz est convaincu que tout cela est techniquement réalisable. Mais cela demande un grand effort - également au niveau de la politique de la recherche. "En fin de compte, c'est une question de priorité", explique-t-il. "Nous pourrions pour la première fois répondre empiriquement à la question de la vie extraterrestre. Cela changerait fondamentalement notre vision du monde. Et nous devrions saisir cette chance".