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Comment savoir si des exoplanètes rocheuses comparables à la Terre ont une atmosphère ?

Comment savoir si une exoplanète rocheuse possède une atmosphère ? Plusieurs scientifiques ont proposé une nouvelle approche pour tenter de répondre à cette question intéressante pour la recherche de mondes potentiellement habitables. Ils détaillent leurs travaux dans 4 études publiées dans The Astrophysical Journal le 2 décembre 2019, repérées par Gizmodo. Leurs prépublications sont accessibles sur arXiv, ici, ici, ici et là.

« La plupart des planètes rocheuses de la galaxie sont en orbite autour d'une étoile-hôte froide et il existe une grande incertitude dans les modèles théoriques pour savoir si ces planètes peuvent conserver une atmosphère », écrivent les auteurs de la première étude. Pour le savoir, les scientifiques proposent d'observer des exoplanètes rocheuses connues lorsqu'elles sont en train de passer derrière leur étoile, afin de comparer la lumière qu'elles émettent, par rapport à celle émise par leur étoile.

Pourquoi faudrait-il vérifier si ces exoplanètes ont des atmosphères ?

On sait qu'il existe des exoplanètes rocheuses, dont la composition aurait des similitudes avec celles de la Terre, situées dans la zone habitable de leur étoile (la zone où ces planètes pourraient potentiellement avoir de l'eau liquide à leur surface). Ces mondes attirent l'attention des scientifiques qui recherchent des preuves d'habitabilité ou des traces de vie dans l'univers. Néanmoins, la probabilité que ces astres possèdent une atmosphère n'est pas certaine. Pourquoi ? Parce que ces exoplanètes rocheuses sont souvent en orbite autour d'une naine rouge (une étoile peu massive et peu lumineuse).

Comme l'expliquent les scientifiques, ces étoiles risquent d'exposer les exoplanètes qui seraient situées dans leur zone habitable à « une irradiation intense » et à « des flux de vent solaires élevés ». C'est pourquoi il serait si important de pouvoir déterminer si ces exoplanètes seraient capables ou non de posséder une atmosphère -- même s'il faut garder à l'esprit que la présence d'une atmosphère ne serait pas pour autant une preuve de vie (au même titre que la présence d'eau liquide n'en est pas une).

Observer une exoplanète quand elle passe derrière son étoile

La méthode des scientifiques est la suivante : il faudrait observer une exoplanète rocheuse juste avant et juste après son occultation par son étoile. À partir de la distance entre l'exoplanète et son étoile, il serait possible de savoir quelle est la quantité de lumière reçue par l'exoplanète. En comparant la luminosité de l'exoplanète avant et après son occultation, les chercheurs sauraient la quantité de lumière qu'elle renvoie au cours d'une journée. Si l'exoplanète ne possède pas d'atmosphère, elle devrait renvoyer toute la lumière reçue. Si elle en possède une, une partie de la lumière ne devrait pas être renvoyée.

D'après les scientifiques, cette méthode permettrait de repérer des atmosphères avec une pression relativement faible, « trop ténues pour transporter de la chaleur ». Néanmoins, cette technique ne permettrait pas de tirer des conclusions sur la composition de l'atmosphère. Le futur télescope James-Webb, qui doit être lancé dans l'espace en 2021, pourrait permettre d'appliquer cette méthode pour repérer les exoplanètes rocheuses possédant des atmosphères.