La recherche de la vie extraterrestre en dehors de notre système solaire se concentre actuellement sur les planètes extrasolaires dans les «zones habitables» des systèmes exoplanétaires autour des étoiles similaires au Soleil. Trouver des planètes semblables à la Terre autour d'autres étoiles est le principal objectif de la mission Kepler de la NASA.
La zone habitable (HZ) autour d'une étoile est définie comme la plage de distances sur lesquelles l'eau liquide pourrait exister à la surface d'une planète terrestre, étant donné une atmosphère suffisamment dense. Les planètes terrestres sont généralement définies comme rocheuses et similaires à la Terre en taille et en masse. Une visualisation des zones habitables autour d'étoiles de différents diamètres et luminosité et température est présentée ici. La région rouge est trop chaude, la région bleue est trop froide, mais la région verte est parfaite pour l'eau liquide. Parce qu'il peut être décrit de cette façon, le HZ est également appelé «Zone Boucle d'or».
Normalement, nous pensons que les planètes autour d'autres étoiles sont similaires à notre système solaire, où une suite de planètes tourne autour d'une seule étoile. Bien que théoriquement possible, les scientifiques ont débattu de la possibilité de trouver des planètes autour de paires d'étoiles ou de systèmes d'étoiles multiples. Puis, en septembre 2011, des chercheurs de la mission Kepler de la NASA ont annoncé la découverte de Kepler-16b, une planète froide, gazeuse de la taille de Saturne qui orbite autour d'une paire d'étoiles, comme la fictive Tatooine de Star Wars.
Cette semaine, j'ai eu la chance d'interviewer l'un des jeunes fusils étudiant les exoplanètes, Billy Quarles. Lundi, Billy et ses co-auteurs, le professeur Zdzislaw Musielak et le professeur agrégé Manfred Cuntz, ont présenté leurs conclusions sur la possibilité de planètes semblables à la Terre à l'intérieur des zones habitables de Kepler 16 et d'autres systèmes d'étoiles circumbinaires, lors de la réunion de l'AAS à Austin, Texas. .
«Pour définir la zone habitable, nous calculons la quantité de flux qui est incidente sur un objet à une distance donnée», a expliqué Billy. «Nous avons également pris en compte le fait que différentes planètes avec des atmosphères différentes retiendront la chaleur différemment. Une planète avec un effet de serre vraiment faible peut être plus proche des étoiles. Pour une planète avec un effet de serre beaucoup plus fort, la zone habitable sera plus éloignée. »
«Dans notre étude particulière, nous avons une planète en orbite autour de deux étoiles. L'une des étoiles est beaucoup plus brillante que l'autre. Tellement plus brillant, que nous avons ignoré le flux provenant de la petite étoile compagnon plus faible. Notre définition de la zone habitable dans ce cas est donc une estimation prudente. »
Quarles et ses collègues ont effectué des études numériques approfondies sur la stabilité à long terme des orbites planétaires dans le Kepler 16 HZ. "La stabilité de l'orbite planétaire dépend de la distance des étoiles binaires", a déclaré Quarles. «Plus ils sont éloignés, plus ils ont tendance à être stables, car il y a moins de perturbation de l'étoile secondaire.»
Pour le système Kepler 16, les orbites planétaires autour de l'étoile primaire ne sont stables qu'à 0,0675 UA (unités astronomiques). "C'est bien à l'intérieur de la limite intérieure d'habitabilité, où l'effet de serre galopant prend le dessus", a expliqué Billy. Tout cela exclut la possibilité de planètes habitables en orbite étroite autour de l'étoile primaire de la paire. Ce qu'ils ont découvert, c'est que les orbites dans la zone des Boucles d'or plus éloignées, autour de la paire d'étoiles de faible masse de Kepler 16, sont stables sur des échelles de temps d'un million d'années ou plus, offrant la possibilité que la vie puisse évoluer sur une planète à l'intérieur de cette HZ.
L'orbite à peu près circulaire de Kepler 16b, à environ 105 millions de kilomètres des étoiles, se trouve sur le bord extérieur de cette zone habitable. Étant une géante gazeuse, 16b n'est pas une planète terrestre habitable. Cependant, une lune semblable à la Terre, un Boucle d'or Lune, en orbite autour de cette planète pourrait soutenir la vie si elle était suffisamment massive pour conserver une atmosphère semblable à la Terre. "Nous avons déterminé qu'une exomoon habitable est possible en orbite autour de Kepler-16b", a déclaré Quarles.
J'ai demandé à Quarles comment l'évolution stellaire affecte ces zones Boucle d'or. Il m'a dit: «Il y a un certain nombre de choses à considérer pendant la durée de vie d'un système. L'un d'eux est la façon dont l'étoile évolue au fil du temps. Dans la plupart des cas, la zone habitable commence tout près puis dérive lentement. »
Pendant la durée de vie de la séquence principale d'une étoile, la combustion nucléaire d'hydrogène accumule de l'hélium dans son cœur, provoquant une augmentation de la pression et de la température. Cela se produit plus rapidement dans les étoiles plus massives et moins métallisées. Ces changements affectent les régions extérieures de l'étoile, ce qui se traduit par une augmentation constante de la luminosité et de la température effective. L'étoile devient plus lumineuse, provoquant le déplacement du HZ vers l'extérieur. Ce mouvement pourrait faire en sorte qu'une planète à l'intérieur de la HZ au début de la durée de vie de la séquence principale d'une étoile devienne trop chaude, et finalement inhabitable. De même, une planète inhospitalière à l'origine en dehors de la HZ, peut dégeler et permettre à la vie de commencer.
"Pour notre étude, nous avons ignoré la partie de l'évolution stellaire", a déclaré l'auteur principal, Quarles. "Nous avons fait fonctionner nos modèles pendant un million d'années pour voir où se trouvait la zone habitable pour cette partie du cycle de vie de l'étoile."
Être à la bonne distance de son étoile n'est qu'une des conditions nécessaires pour qu'une planète soit habitable. Les conditions habitables sur une planète nécessitent diverses conditions géophysiques et géochimiques. De nombreux facteurs peuvent empêcher ou entraver l'habitabilité. Par exemple, la planète peut manquer d'eau, la gravité peut être trop faible pour conserver une atmosphère dense, le taux d'impacts importants peut être trop élevé ou les ingrédients minimum nécessaires à la vie (encore à débattre) peuvent ne pas être là.
Une chose est claire. Même avec toutes les exigences de la vie telle que nous la connaissons, il semble y avoir beaucoup de planètes autour d'autres étoiles, et très probablement, Lunes Boucle d'or autour des planètes, en orbite dans les zones habitables des étoiles de notre galaxie, que détecter la signature de la vie dans l'atmosphère d'une planète ou de la lune autour d'un autre soleil ne semble plus être qu'une question de temps.
