En février 2017, le monde a été stupéfait d'apprendre que les astronomes - en utilisant les données du télescope TRAPPIST au Chili et du télescope spatial Spitzer - avaient identifié un système de sept exoplanètes rocheuses dans le système TRAPPIST-1. Comme si cela n'était pas assez encourageant pour les amateurs d'exoplanètes, il a également été indiqué que trois des sept planètes tournaient autour de la zone habitable circumstellaire des étoiles (alias «Zone Goldilocks»).
Depuis ce temps, ce système a fait l'objet de recherches et d'enquêtes de suivi considérables pour déterminer si l'une de ses planètes pourrait être habitable ou non. Intrinsèque à ces études a été la question de savoir si les planètes ont ou non de l'eau liquide sur leurs surfaces. Mais selon une nouvelle étude d'une équipe d'astronomes américains, les planètes TRAPPIST pourraient en fait avoir trop d'eau pour soutenir la vie.
L'étude, intitulée «Migration vers l'intérieur des planètes TRAPPIST-1 comme déduite de leurs compositions riches en eau», a récemment paru dans la revue Astronomie de la nature. L'étude a été dirigée par Cayman T. Unterborn, géologue à la School of Earth and Space Exploration (SESE), et comprenait Steven J. Desch, Alejandro Lorenzo (également du SESE) et Natalie R. Hinkel - astrophysiciens de l'Université Vanderbilt , Nashville.
Comme indiqué, plusieurs études ont été menées qui ont cherché à déterminer si l'une des planètes TRAPPIST-1 pouvait être habitable. Et tandis que certains ont souligné qu'ils ne seraient pas en mesure de conserver leur atmosphère pendant longtemps en raison du fait qu'ils tournent autour d'une étoile variable et sujette au torchage (comme toutes les naines rouges), d'autres études ont trouvé des preuves que le système pourrait être riche en eau et idéal pour échanger des vies.
Pour les besoins de leur étude, l'équipe a utilisé des données d'enquêtes antérieures qui ont tenté de placer des contraintes sur la masse et le diamètre des planètes TRAPPIST-1 afin de calculer leurs densités. Une grande partie de cela provient d'un ensemble de données appelé le catalogue Hypatia (développé par l'auteur collaborateur Hinkel), qui fusionne les données de plus de 150 sources littéraires pour déterminer les abondances stellaires d'étoiles près de notre Soleil.
À l'aide de ces données, l'équipe a construit des modèles de composition de rayon de masse pour déterminer le contenu volatil de chacune des planètes TRAPPIST-1. Ce qu'ils ont remarqué, c'est que les planètes TRAPPIST sont traditionnellement légères pour les corps rocheux, indiquant une forte teneur en éléments volatils (comme l'eau). Sur des mondes de même densité, la composante volatile est généralement considérée comme prenant la forme de gaz atmosphériques.
Mais comme Unterborn l'a expliqué dans un récent article de SESE, les planètes TRAPPIST-1 sont une autre affaire:
«[L] es planètes TRAPPIST-1 sont trop petites en masse pour contenir suffisamment de gaz pour combler le déficit de densité. Même s'ils pouvaient conserver le gaz, la quantité nécessaire pour combler le déficit de densité rendrait la planète beaucoup plus gonflée que nous ne le voyons. »
Pour cette raison, Unterborn et ses collègues ont déterminé que le composant de faible densité dans ce système planétaire devait être de l'eau. Pour déterminer combien d'eau il y avait, l'équipe a utilisé un progiciel unique développé sous le nom d'ExoPlex. Ce logiciel utilise des calculateurs de physique des minéraux de pointe qui ont permis à l'équipe de combiner toutes les informations disponibles sur le système TRAPPIST-1 - pas seulement la masse et le rayon des planètes individuelles.
Ils ont découvert que les planètes intérieures (b et c) étaient «plus sèches» - ayant moins de 15% d'eau en masse - tandis que les planètes extérieures (F et g) avait plus de 50% d'eau en masse. En comparaison, la Terre n'a que 0,02% d'eau en masse, ce qui signifie que ces mondes ont l'équivalent de centaines d'océans de la taille de la Terre dans leur volume. Fondamentalement, cela signifie que les planètes TRAPPIST-1 peuvent avoir trop d'eau pour soutenir la vie. Comme l'explique Hinkel:
«Nous pensons généralement avoir de l'eau liquide sur une planète comme un moyen de démarrer la vie, car la vie, telle que nous la connaissons sur Terre, est composée principalement d'eau et nécessite sa survie. Cependant, une planète qui est un monde aquatique, ou qui n'a pas de surface au-dessus de l'eau, n'a pas les cycles géochimiques ou élémentaires importants qui sont absolument nécessaires à la vie. "
Ces résultats n'augurent rien de bon pour ceux qui croient que les étoiles de type M sont l'endroit le plus susceptible d'avoir des planètes habitables dans notre galaxie. Non seulement les naines rouges sont le type d'étoile le plus courant dans l'Univers, représentant 75% des étoiles dans la seule galaxie de la Voie lactée, mais plusieurs qui sont relativement proches de notre système solaire se sont avérées avoir une ou plusieurs planètes rocheuses en orbite autour.
Outre TRAPPIST-1, il s'agit des super-Terres découvertes autour de LHS 1140 et GJ 625, des trois planètes rocheuses découvertes autour de Gliese 667 et de Proxima b - l'exoplanète la plus proche de notre système solaire. En outre, une enquête réalisée à l'aide du spectrographe HARPS à l'Observatoire de La Silla de l'ESO en 2012 a indiqué qu'il pourrait y avoir des milliards de planètes rocheuses en orbite dans les zones habitables des étoiles naines rouges dans la Voie lactée.
Malheureusement, ces dernières découvertes indiquent que les planètes du système TRAPPIST-1 ne sont pas favorables à la vie. De plus, il n'y aurait probablement pas assez de vie sur eux pour produire des biosignatures qui seraient observables dans leurs atmosphères. De plus, l'équipe a également conclu que les planètes TRAPPIST-1 devaient avoir formé leur père loin de leur étoile et migré vers l'intérieur au fil du temps.
Cela était basé sur le fait que les planètes TRAPPIST-1 riches en glace étaient beaucoup plus proches de la "ligne de glace" respective de leur étoile que les planètes plus sèches. Dans tout système solaire, les planètes qui se trouvent dans cette ligne seront plus rocheuses car leur eau se vaporisera ou se condensera pour former des océans à leur surface (si une atmosphère suffisante est présente). Au-delà de cette ligne, l'eau prendra la forme de glace et pourra s'accumuler pour former des planètes.
D'après leurs analyses, l'équipe a déterminé que les planètes TRAPPIST-1 devaient s'être formées au-delà de la ligne de glace et migrer vers leur étoile hôte pour assumer leurs orbites actuelles. Cependant, comme les étoiles de type M (naine rouge) sont connues pour être les plus brillantes après la première forme et s'assombrir avec le temps, la ligne de glace se serait également déplacée vers l'intérieur. Comme l'a expliqué le co-auteur Steven Desch, la distance à laquelle les planètes migreraient dépendrait donc de leur date de formation.
"Plus les planètes se sont formées tôt, plus elles devaient s'éloigner de l'étoile qu'elles devaient former pour avoir autant de glace", a-t-il déclaré. En se basant sur le temps qu'il faut pour que les planètes rocheuses se forment, l'équipe a estimé que les planètes devaient à l'origine être deux fois plus loin de leur étoile qu'elles ne le sont maintenant. Bien qu'il existe d'autres indications que les planètes de ce système ont migré au fil du temps, cette étude est la première à quantifier la migration et à utiliser des données de composition pour la montrer.
Cette étude n'est pas la première à indiquer que les planètes en orbite autour des étoiles naines rouges peuvent en fait être des «mondes aquatiques», ce qui signifierait que les planètes rocheuses avec des continents à leur surface sont une chose relativement rare. Dans le même temps, d'autres études ont été menées qui indiquent que de telles planètes ont probablement du mal à s'accrocher à leur atmosphère, indiquant qu'elles ne resteraient pas les mondes aquatiques très longtemps.
Cependant, jusqu'à ce que nous puissions mieux voir ces planètes - ce qui sera possible avec le déploiement d'instruments de nouvelle génération (comme le Télescope spatial James Webb) - nous serons obligés de théoriser sur ce que nous ne savons pas en fonction de ce que nous faisons. En apprenant lentement plus sur ces exoplanètes et d'autres, notre capacité à déterminer où nous devrions chercher la vie au-delà de notre système solaire sera affinée.
