Habitable ou non? Les astronomes sondent l’exoplanète TRAPPIST-1 d grâce au JWST
Les conclusions de Caroline Piaulet-Ghorayeb et son équipe sont claires: TRAPPIST-1 d, la troisième planète autour de la petite étoile TRAPPIST-1, ne possède pas d'atmosphère semblable à celle de la Terre.
Ce sont des observations menées avec le télescope spatial James-Webb (JWST) qui ont permis aux scientifiques d’en apprendre plus sur la nature de cette planète rocheuse. Malgré sa taille analogue à celle de la Terre et sa position, près de la frontière de la zone tempérée de son étoile (là où l’eau liquide pourrait théoriquement exister), les données montrent que cette planète n’a rien d’une Terre 2.0.
«Ce que nous voulons ultimement savoir, c’est si un environnement comme celui de la Terre peut exister ailleurs et dans quelles conditions, explique Caroline Piaulet-Ghorayeb, diplômée de l’Université de Montréal et maintenant chercheuse postdoctorale à l’Université de Chicago. Le télescope James-Webb nous permet enfin de poser la question pour des planètes de taille terrestre. Et déjà, nous pouvons rayer TRAPPIST-1 d de la liste des mondes qui pourraient ressembler au nôtre.»
Ces travaux, publiés dans The Astrophysical Journal aujourd’hui, ont été amorcés par la chercheuse durant son doctorat en astrophysique à l’UdeM, à l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (IREx).
À 40 années-lumière
Le système planétaire de TRAPPIST-1, une étoile naine rouge située à 40 années-lumière de la Terre, a été révélé en 2017. Il détient le record du plus grand nombre de planètes rocheuses de taille terrestre connues en orbite autour d’une seule étoile: sept au total.
L’étoile TRAPPIST-1 est beaucoup moins lumineuse et beaucoup plus froide que le Soleil. La zone tempérée du système, la région où une planète pourrait conserver de l’eau liquide en surface, se trouve donc beaucoup plus près de l’étoile que dans notre système solaire.
La planète TRAPPIST-1 d se trouve à seulement deux pour cent de la distance qui sépare la Terre du Soleil et effectue une orbite entière autour de son étoile tous les quatre jours terrestres (alors que la Terre le fait en 365 jours). Elle est juste assez loin pour être dans cette zone, parfois dite «habitable».
Avec le spectrographe infrarouge NIRSpec du JWST, l'équipe d’astronomes n'a pas détecté sur TRAPPIST-1 d de molécules comme l'eau, le méthane ou le dioxyde de carbone, qui sont abondantes dans l'atmosphère de la Terre.
Les scientifiques ont également écarté la possibilité d'une atmosphère riche en méthane qu’on trouve pourtant sur les corps rocheux du système solaire comme Titan, une lune de Saturne.
Selon Caroline Piaulet-Ghorayeb, d'autres scénarios restent à étudier: «Il y a plusieurs raisons qui peuvent expliquer pourquoi nous n'avons pas détecté d'atmosphère autour de TRAPPIST-1 d, dit-elle. Cette planète pourrait avoir une atmosphère ténue, difficile à déceler, un peu comme sur Mars. Elle pourrait aussi, à l’instar de Vénus, être enveloppée de nuages très épais et en haute altitude, qui bloquent la signature de certains gaz. Ou encore, cette planète pourrait être complètement dépourvue d'atmosphère.»
Une étoile turbulente
Ce n’est pas facile d’être une planète en orbite autour d’une naine rouge comme TRAPPIST-1. Cette étoile est connue pour être très active, ce qui complique passablement l’étude de ses planètes, comme l’a démontré en 2023 une étude menée par Olivia Lim, doctorante à l’IREx. De fréquentes éruptions très énergétiques se produisent, capables de souffler l’atmosphère de ses petites planètes, surtout celles qui se trouvent près d’elle.
Les scientifiques persistent toutefois à chercher des traces d’atmosphère autour des planètes de ce système, car les étoiles naines rouges sont les plus abondantes dans notre galaxie. Si l’on peut prouver que des planètes parviennent à garder leur atmosphère malgré ces conditions hostiles, cela ouvrira la porte à la possibilité d’environnements habitables ailleurs, dans des contextes plus favorables.
«Les instruments infrarouges sensibles du télescope James-Webb nous permettent pour la première fois d’examiner l’atmosphère de ces petites planètes plus froides, explique Björn Benneke, membre de l’IREx et coauteur de l’étude. On commence à peine, grâce à ses instruments sophistiqués, à explorer les atmosphères de ces planètes, pour comprendre lesquelles peuvent garder leur atmosphère et lesquelles en sont incapables.»
D’autres planètes à étudier
Les observations faites avec le JWST se poursuivent pour les planètes e, f, g et h, les plus éloignées de TRAPPIST-1. Ces planètes représentent des cibles prometteuses, mais elles posent aussi plusieurs défis aux astronomes. D’un côté, selon Björn Benneke, ces planètes sont plus susceptibles d'avoir des atmosphères parce qu'elles sont plus éloignées de leur étoile active. Cependant, cette même distance rendra leurs signatures plus difficiles à détecter avec les instruments infrarouges de James-Webb.
«Il ne faut pas perdre espoir de trouver des atmosphères autour des autres planètes de TRAPPIST-1, conclut Caroline Piaulet-Ghorayeb. Même si nous n'avons pas trouvé de signature atmosphérique forte sur TRAPPIST-1 d, il est encore possible que les planètes plus éloignées contiennent de l’eau ou certains éléments dans leur atmosphère qui nous informeraient sur leur habitabilité.»
À propos de cette étude
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