À la recherche de la vie sur les exoplanètes

Les étoiles sur lesquelles SPIRou fixera son objectif seront surtout des naines rouges, soit de petites étoiles peu lumineuses qui émettent principalement dans l’infrarouge, une zone du spectre à laquelle ils sont très sensibles.
Photo: S.Chastanet CNRS Les étoiles sur lesquelles SPIRou fixera son objectif seront surtout des naines rouges, soit de petites étoiles peu lumineuses qui émettent principalement dans l’infrarouge, une zone du spectre à laquelle ils sont très sensibles.

Dans les prochaines années, la chasse à la vie extraterrestre se concentrera sur les exoplanètes présentes dans le voisinage du Soleil, car il sera plus facile de les étudier en raison de leur proximité. Pour ce faire, les astronomes disposeront de SPIRou et de NIRPS, deux instruments conçus en grande partie à l’Université de Montréal, qui permettront de déterminer la masse de ces exoplanètes, et ainsi de savoir s’il s’agit de planètes rocheuses ou gazeuses, une caractéristique fondamentale dans la recherche de traces de vie.

Installé sur le télescope Canada-France-Hawaï, le spectropolarimètre infrarouge (SPIRou) devrait démarrer sa mission la semaine prochaine. Son jumeau, le Near Infra-Red Planet Searcher (NIRPS) sera ajouté au télescope de l’European Southern Observatory (ESO) à La Silla au Chili à l’automne 2019. Leur mission consistera à déterminer la vitesse des étoiles autour desquelles tournent vraisemblablement des planètes, ce qui permettra de déterminer la masse de ces planètes.

« Les étoiles dansent littéralement. Elles ont un mouvement assez particulier qui est influencé par les planètes qui tournent autour d’elle et qu’on est capable de reconnaître. Ce mouvement nous renseigne sur le nombre de planètes qui tournent autour d’elle. Si l’étoile est entourée d’une grosse planète, ça ressemble à une valse, s’il s’agit d’un système multiple, ça ressemble plus à une danse africaine, dont le rythme est beaucoup plus difficile à détecter », résume René Doyon, directeur de l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM) et de l’Institut de recherche sur les exoplanètes (IREx).

En fait, lorsqu’une étoile possède des compagnons, par exemple des planètes qui gravitent autour d’elle, ces planètes, malgré leur plus petite taille, impriment un mouvement à l’étoile. Plus précisément, « l’étoile tourne autour du centre de masse de l’ensemble du système qu’elle forme avec son cortège de planètes. Ce mouvement est très léger parce que la masse de la planète est très petite comparativement à celle de l’étoile », précise Olivier Hernandez, directeur des opérations de l’OMM et coordonnateur de l’IREx.

SPIRou mesurera donc la vitesse de l’étoile sur son orbite autour du centre de masse, vitesse qui est de l’ordre de quelques mètres par seconde, soit la vitesse moyenne de marche d’un piéton. Concrètement, le spectropolarimètre infrarouge SPIRou, comme son nom l’indique, analysera le spectre de la lumière émise par les étoiles. Il mesurera les légères variations de ce spectre qui surviennent au cours du temps et qui sont dues au mouvement de l’étoile. En effet, à la manière de la sirène d’une ambulance qui paraît plus aiguë quand elle s’approche d’un observateur, et plus grave lorsqu’elle s’éloigne de lui, en raison de l’effet Doppler, les raies du spectre émis par l’étoile seront décalées vers le rouge lorsque l’étoile s’éloignera de nous et elles seront décalées vers le bleu lorsque l’étoile se rapprochera de nous. Plus précisément, SPIRou et NIRPS mesureront la vitesse radiale de l’étoile, soit la vitesse à laquelle l’étoile s’approche de nous (le point d’observation) et s’éloigne de nous.

Photo: OMP Le Near Infra-Red Planet Searcher (NIRPS) a été conçu en grande partie à l'Université de Montréal. 

« Si l’analyse du spectre de l’étoile au cours du temps met en évidence un mouvement périodique de l’étoile, cela voudra dire qu’il y a une planète qui gravite autour de cette étoile », souligne René Doyon. L’analyse du spectre permettra aussi de déterminer la période orbitale de la planète — soit le temps mis par la planète pour accomplir une révolution autour de son étoile — et la forme de son orbite. De plus, « l’amplitude du mouvement oscillatoire de l’étoile est proportionnelle à la masse de la planète. Or si on connaît le rayon de la planète, on sera en mesure de déterminer sa densité et de savoir s’il s’agit d’une planète rocheuse ou gazeuse », explique M. Doyon.

Le rayon de la planète sera le plus souvent obtenu grâce au Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), qui a finalement été lancé et mis en orbite mercredi soir. TESS effectuera la chasse aux exoplanètes présentes dans le voisinage du Soleil par la méthode des transits, soit en détectant une baisse de luminosité de l’étoile lorsqu’une planète passe devant elle.

Nous n’avons encore aucune preuve, mais je suis convaincu qu’il y a de la vie ailleurs dans l’univers

Naines rouges

Les étoiles sur lesquelles SPIRou et NIRPS fixeront leur objectif seront surtout des naines rouges, soit de petites étoiles peu lumineuses qui émettent principalement dans l’infrarouge, une zone du spectre à laquelle SPIRou et NIRPS sont très sensibles.

« Comme ces étoiles sont très abondantes dans le voisinage de notre soleil, on augmente nos chances de trouver des exoplanètes. De plus, comme elles sont beaucoup plus petites que notre soleil, les planètes gravitent plus près de ces étoiles et donc leur période de révolution est plus courte et plus propice à l’observation de la Terre. De plus, sachant que l’objectif ultime est de trouver de la vie, si on peut en trouver à une distance raisonnable de la Terre, soit à quelques années-lumière de nous, ce sera plus facile », fait remarquer M. Hernandez.

« L’un des objectifs scientifiques de SPIRou et NIRPS est de trouver des systèmes planétaires potentiellement habités qui sont encore plus près du Soleil que ceux que détectera TESS.

« Parce qu’elles seront très près de notre soleil, on pourra alors prendre des images de ces planètes avec les prochains télescopes géants de 30 ou 40 mètres, ce qui nous donnera d’autres informations sur leur atmosphère », ajoute M. Doyon.

L’équipe de l’Université de Montréal et ses partenaires français et suisses auront accès à 300 nuits d’observation du ciel de l’hémisphère nord avec SPIRou et 725 nuits d’observation de l’hémisphère sud avec NIRPS. Ce qui est exceptionnel et enthousiasme M. Doyon. « Nous n’avons encore aucune preuve, mais je suis profondément convaincu qu’il y a de la vie ailleurs dans l’univers. On en découvrira probablement d’ici quelques décennies. J’espère que ce sera de mon vivant », a-t-il lancé lors de la rencontre annuelle de l’IREx la semaine dernière.

La vie sous la glace

Deux lacs infraglaciaires composés d’eau hypersaline ont été découverts récemment dans l’Arctique canadien. S’il s’avère qu’ils renferment des formes de vie microbienne, ces lacs pourraient aider à la recherche de vie au-delà de notre planète.

Ces lacs qui sont situés sous 550 à 750 mètres de glace au sein de la calotte glaciaire de Devon ont été détectés lors de sondages par radio écho effectués à l’aide d’un radar aéroporté par Anja Rutishauser, doctorante à l’Université de l’Alberta en collaboration avec des chercheurs de l’Université du Texas à Austin.

Le fait que la température de la glace entourant ces lacs est bien en dessous du point de congélation, puisqu’elle n’excède pas -10,5 °C, suggère que l’eau de ces lacs est très salée, soit quatre à cinq fois plus salée que celle de l’océan. Cette salinité permettrait d’abaisser le point de congélation de l’eau sous cette température de -10,5 °C.

Dans l’article publié le 11 avril dernier dans la revue Science Advances, les auteurs de cette découverte rappellent qu’il existe des preuves de plus en plus nombreuses que de tels environnements aquatiques infraglaciaires hébergent des formes de vie microbienne. « Le prélèvement d’un échantillon d’eau de température et de salinité équivalentes effectué récemment dans un lac infraglaciaire du glacier Taylor en Antarctique a permis de détecter la présence de communautés microbiennes actives. Cette observation a permis de confirmer que la vie est possible dans des environnements aussi salés, obscurs, froids et isolés. S’il y a de la vie microbienne dans les lacs que avons découverts, elle a évolué isolément, sans aucune connexion avec l’atmosphère, puisqu’elle a été captive sous la glace pendant au moins 120 000 ans », souligne Mme Rutishauser.

Selon les chercheurs, ces lacs infraglaciaires hypersalins représentent de bons équivalents des étendues d’eau liquide dont on présume l’existence sous la surface glacée d’autres planètes. En particulier, ils devraient grandement ressembler aux étendues d’eau salée que l’on croit être présentes sous la calotte glaciaire du satellite de Jupiter, Europe, ou même sous les glaciers à la surface de Mars. Ils s’avéreront de bons laboratoires d’études préliminaires aux recherches de vie ailleurs dans l’espace.

À quoi ressemblera une exoplanète hébergeant la vie ?

Cette exoplanète devra se situer ni trop près ni trop loin de son étoile, soit à une distance qui permet la présence d’eau liquide à sa surface. De plus, cette exoplanète devra être rocheuse et enrobée d’une atmosphère.

« Cela dit, il y a les planètes-océans qui auraient un coeur rocheux comme la Terre, avec une enveloppe liquide très grande. Par exemple, la lune de Jupiter, Europe, contient un océan liquide sous sa croûte de glace de plusieurs kilomètres d’épaisseur. Il s’agit donc d’un endroit potentiel où la vie pourrait se développer dans notre système solaire. Et si Europe était dans la zone habitable, soit à la position de la Terre par rapport au Soleil, cette couche de glace fondrait et Europe serait couverte d’un océan. Nous croyons que ce genre de planètes existent ailleurs dans l’univers, mais nous n’en avons aucune preuve », souligne René Doyon.