Les planètes extérieures de TRAPPIST-1 contiennent probablement de l’eau | Dmshaulers

Les planètes extérieures de TRAPPIST-1 contiennent probablement de l'eau

Le système solaire TRAPPIST-1 a suscité une vague d’intérêt lorsqu’il a été observé il y a plusieurs années. En 2016, les astronomes ont utilisé Petit télescope pour planètes et planétésimaux en transit (TRAPPIST) de l’Observatoire de La Silla au Chili a découvert deux planètes rocheuses en orbite autour de l’étoile naine rouge, qu’ils ont baptisées TRAPPIST-1. Puis, en 2017, une analyse plus approfondie a révélé la découverte de cinq autres planètes rocheuses.

Ce fut une découverte remarquable, d’autant plus que jusqu’à quatre d’entre eux pourraient se trouver à la bonne distance de l’étoile pour avoir de l’eau liquide.

Le système TRAPPIST-1 fait toujours l’objet de beaucoup d’attention scientifique. Les planètes potentielles semblables à la Terre dans la zone habitable d’une étoile sont comme des aimants pour les planétologues.

En trouver sept dans un seul système constitue une opportunité scientifique unique d’étudier toutes sortes de questions interdépendantes sur l’habitabilité des exoplanètes. TRAPPIST-1 est une naine rouge, et l’une des questions les plus importantes concernant l’habitabilité des exoplanètes concerne les naines rouges (naines M). Ces étoiles et leurs puissantes explosions éloignent-elles l’atmosphère de leurs planètes ?

Une nouvelle recherche publiée dans le Planetary Science Journal examine la fuite atmosphérique sur les planètes TRAPPIST-1. Son titre est “Les implications de l’échappement atmosphérique hydrodynamique thermique sur les planètes TRAPPIST-1.Megan Gialluca, étudiante diplômée du Département d’astronomie et d’astrobiologie de l’Université de Washington, en est l’auteur principal.

La plupart des étoiles de la Voie Lactée sont des naines M. Comme le montre clairement TRAPPIST-1, ils peuvent héberger de nombreuses planètes telluriques. Les grandes planètes de la taille de Jupiter sont relativement rares autour de ces types d’étoiles.

les concepts d’artiste des sept planètes de TRAPPIST-1 avec leurs périodes orbitales, leurs distances par rapport à leur étoile, leurs rayons et leurs masses par rapport à ceux de la Terre. Crédit : NASA/JPL

Il est fort possible que la plupart des planètes telluriques soient en orbite autour de naines M.

Mais la combustion des nains M est un problème connu. Bien que les naines M soient beaucoup moins massives que notre Soleil, leurs explosions sont beaucoup plus énergétiques que tout ce qui vient du Soleil. Certaines éruptions naines M peuvent doubler la luminosité de l’étoile en quelques minutes seulement.

Un autre problème est le blocage des marées. Puisque les naines M émettent moins d’énergie, leurs zones habitables sont beaucoup plus proches que les zones autour d’une étoile de la séquence principale comme notre Soleil. Cela signifie que les planètes potentiellement habitables sont beaucoup plus susceptibles d’être verrouillées par les marées sur leurs étoiles.

Cela crée un large éventail d’obstacles à l’habitabilité. Un côté de la planète subirait le plus gros de l’éruption et serait chauffé, tandis que l’autre côté serait éternellement sombre et froid. S’il y a une atmosphère, il peut y avoir des vents extrêmement forts.

“Étant donné que les naines M sont les étoiles les plus courantes dans notre voisinage stellaire local, une question clé en astrobiologie est de savoir si leurs systèmes planétaires peuvent abriter la vie se prêtant à des tests d’observation à court terme”, écrivent les auteurs. “Des cibles planétaires terrestres d’intérêt pour la caractérisation atmosphérique avec des hôtes nain M peuvent être disponibles avec JWST”, expliquent-ils. Ils soulignent également que les futurs grands télescopes au sol, tels que le télescope européen de très grande taille et le télescope géant de Magellan, pourraient également être utiles, mais qu’il leur faudra des années avant d’être opérationnels.

Il s'agit d'une vue d'artiste du système TRAPPIST-1, montrant les sept planètes.  Crédit image : NASA
Il s’agit d’une vue d’artiste du système TRAPPIST-1, montrant les sept planètes. Crédit image : NASA

Les naines rouges et leurs planètes sont plus faciles à observer que les autres étoiles et leurs planètes. Les naines rouges sont petites et faibles, ce qui signifie que leur lumière ne noie pas les planètes autant que le font les autres étoiles principales. Cependant, malgré leur faible luminosité et leur petite taille, ils présentent des défis en termes d’habitabilité.

Les naines M ont une phase de pré-séquence principale plus longue que les autres étoiles et sont les plus brillantes pendant cette période. Une fois sur la séquence principale, elles ont une activité stellaire accrue par rapport aux étoiles comme notre Soleil. Ces facteurs peuvent tous deux éloigner les atmosphères des planètes proches. Même sans brûler, la planète la plus proche de TRAPPIST-1 (ci-après T-1) reçoit quatre fois plus de rayonnement que la Terre.

“En plus de l’évolution de la luminosité, l’augmentation de l’activité stellaire augmente également le XUV stellaire des étoiles naines M, augmentant ainsi la perte atmosphérique”, écrivent les auteurs. Cela peut également rendre difficile la compréhension des spectres des atmosphères planétaires en créant de faux positifs de biosignatures. Les exoplanètes autour des naines M devraient avoir des atmosphères épaisses dominées par l’oxygène abiotique.

Malgré les défis, le système T-1 constitue une excellente occasion d’étudier les naines M, l’évasion atmosphérique et l’habitabilité des planètes rocheuses. “TRAPPIST-1 est une cible hautement prioritaire pour les observations générales et en temps garanti du JWST”, écrivent les auteurs. JWST a observé des parties du système T-1 et ces données font partie de ce travail.

Dans ce travail, les chercheurs ont simulé les premières atmosphères de chacune des planètes TRAPPIST-1 (T-1 ci-après), y compris différentes quantités initiales d’eau exprimées dans les océans terrestres (TO.). Ils ont également modélisé différentes quantités de rayonnement stellaire au fil du temps. Leurs simulations ont utilisé les dernières données sur les planètes T-1 et diverses pistes d’évolution planétaire.

Dans cette recherche, les auteurs ont pris en compte la teneur en eau actuelle prévue de chacune des planètes extérieures, puis ont travaillé à rebours pour comprendre leur teneur en eau d’origine.  Ce chiffre montre "La probabilité de chaque teneur en eau initiale (en TO) nécessaire pour reproduire la teneur en eau actuelle prévue pour chacune des planètes extérieures," écrivent les auteurs.  Les quatre planètes extérieures auraient commencé avec d’énormes quantités d’eau par rapport à la Terre.  Crédit image : Gialluca et al.  2024.
Dans cette recherche, les auteurs ont pris en compte la teneur en eau actuelle prévue de chacune des planètes extérieures, puis ont travaillé à rebours pour comprendre leur teneur en eau d’origine. Cette figure montre “la probabilité de chaque teneur en eau initiale (en TO) nécessaire pour reproduire la teneur en eau actuelle prévue pour chacune des planètes extérieures”, écrivent les auteurs. Les quatre planètes extérieures auraient commencé avec d’énormes quantités d’eau par rapport à la Terre. Crédit image : Gialluca et al. 2024.

Les résultats ne sont pas bons, notamment pour les planètes les plus proches de la naine rouge.

“Nous constatons que les planètes intérieures T1-b, c et d sont probablement desséchées de toute leur teneur en eau d’origine, sauf la plus grande (> 60, 50 et 30 TO, respectivement) et courent le plus grand risque de perte atmosphérique complète en raison de leur proximité de l’étoile hôte”, expliquent les chercheurs. Mais en fonction de leur TO d’origine, ils pourraient retenir une quantité importante d’oxygène. Cet oxygène pourrait être un faux positif pour les biosignatures.

Les planètes extérieures s’en sortent un peu mieux. Ils pouvaient retenir une partie de leur eau à moins que leur eau d’origine ne soit basse, à environ 1 TO. “Nous constatons que T1-e, f, g et h perdent au maximum environ 8,0, 4,8, 3,4 et 0,8 TO”, écrivent-ils. Ces planètes extérieures contiennent probablement plus d’oxygène que les planètes intérieures. Puisque T1-e, f et g se trouvent dans la zone habitable de l’étoile, c’est un résultat passionnant.

Le T-1c est particulièrement intéressant car dans leurs simulations, il retient la plus grande quantité d’oxygène atmosphérique, que le TO initial soit élevé ou faible.

Cette illustration d'artiste montre à quoi pourrait ressembler l'exoplanète rocheuse chaude TRAPPIST-1 c.  Crédit d'image : Par la NASA, l'ESA, l'ASC, Joseph Olmsted (STScI) - Domaine public,
Cette illustration d’artiste montre à quoi pourrait ressembler l’exoplanète rocheuse chaude TRAPPIST-1 c. Crédit d’image : Par NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI) – Domaine public,

L’habitabilité potentielle des planètes T-1 est une question importante dans la science des exoplanètes. Le type d’étoile, le nombre de planètes rocheuses et la facilité d’observation la placent en tête de liste des cibles d’observation. Nous ne comprendrons jamais vraiment l’habitabilité des exoplanètes si nous ne pouvons pas comprendre ce système. La seule façon de mieux le comprendre est de l’observer de manière plus approfondie.

“Ces conclusions motivent les observations de suivi pour rechercher la présence de vapeur d’eau ou d’oxygène sur T1-c et les futures observations des planètes extérieures du système TRAPPIST-1, qui pourraient contenir une quantité importante d’eau”, écrivent les auteurs dans leur conclusion.

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