Détection d'une super-Terre potentiellement habitable à proximité de notre Système solaire

Y-a-t-il une vie ailleurs dans l’Univers ? Cette question existentielle prend tout son sens quand on évoque la recherche d’exoplanètes, corps célestes situés en dehors du Système solaire. Ce sont des mondes, pour la majorité, orbitant très proches de leur étoile hôte, à des distances bien inférieures à celle entre Mercure et le Soleil, à environ 50 millions de kilomètres. Les planètes extrasolaires sont très diverses : de la taille de la Terre à celles aussi grandes et massives que Jupiter. Parmi les 6 315 découvertes confirmées depuis octobre 1995, beaucoup sont similaires à la planète jovienne comme Les Jupiters chauds, Ces dernières demeurent cependant inhabitables à cause des intenses radiations stellaires reçues, flux de particules chargées comme les protons ou les électrons. Leur faible distance orbitale transforme ces géantes en un environnement infernal à plusieurs milliers de degrés.

Cependant, la catégorie la plus intéressante pour rechercher des signes de vie sont les super-Terres. Ces exoplanètes mesurent entre une et deux fois la taille de la Terre et peuvent être jusqu’à dix fois plus massive que notre planète bleue. Leur densité suggère une structure interne comparable à celle des planètes telluriques du Système solaire, avec un noyau riche en fer entouré d’un manteau de silicates, une famille de minéraux constitués principalement de silicium et d’oxygène. L’étude d’une possible atmosphère permettrait d’affirmer si elle contient des biosignatures, sortes de traceurs chimiques pouvant trahir la présence d’une activité biologique. Cela inclut des indices potentiels de vie comme l’oxygène, l’ozone ou le sulfure de diméthyle. Ce dernier élément a été détecté initialement en 2023 dans l’atmosphère de l’exoplanète K2-18b, située à 124 années-lumière. Le sulfure de diméthyle est produit pas le phytoplancton (cyanobactéries et microalgues) dans les océans terrestres, mais ne constitue pas une preuve définitive de la présence d’une vie sur la planète extrasolaire.   

GJ 3378b, dont les paramètres physiques ont été recalculés récemment, est une super-Terre située à environ 25 années-lumière, dans la constellation de la Girafe. Découverte en 2024 par une collaboration internationale dirigée par des chercheurs américains, elle pourrait être potentiellement habitable. La découverte de ce monde prometteur est présentée en détail dans The Astrophysical Journal. 

Une planète dans notre voisinage galactique

La super-Terre GJ 3378b a été détectée via la méthode des vitesses radiales en combinant les spectromètres (décomposent la lumière d’une étoile) de deux télescopes, le Hobby-Eberly de l’Observatoire McDonald dans l’Etat du Texas (Etats-Unis) et le WIYN (Wisconsin-Indiana-Yale-NOIRLab) de l’Observatoire national de Kitt Peak en Arizona. La technique de détection consiste à étudier les variations de la vitesse d’éloignement ou de rapprochement de l’étoile hôte par rapport à la Terre induites par la présence d’une planète voisine. Ce qui signifie que plus la planète est massive, plus les variations seront importantes, comme c’est le cas avec les Jupiters chauds ou toute autre géante gazeuse. Différencier le signal de l’étoile du signal planétaire représente alors un défi considérable. En effet, des paramètres comme l’activité stellaire (taches, radiations, etc.) ou la présence d’autres planètes dans le système planétaire peuvent parasiter les données obtenues. 

Mais ce qui distingue GJ 3378b est sa proximité vis-à-vis du Système solaire. « C’est une de nos voisines cosmiques les plus proches. 25 années-lumière peuvent paraître lointain à notre échelle. Cependant, la Voie Lactée étant large de 100 000 années-lumière, cette distance apparait comme dérisoire, faisant de GJ 3378b notre voisine de palier », souligne Paul Robertson, professeur associé d’astronomie à l’université de Californie Irvine et auteur principal de l’étude récente, dans un communiqué.   

Un environnement probablement habitable 

Aussi large qu’environ deux fois la Terre et dotée d’une masse minimale de 2,3 fois celle de notre planète, GJ 3378b a la particularité de résider sur le bord intérieur de la zone habitable générée par sa naine rouge, GJ 3378. Il s’agit de la région où de l’eau liquide est susceptible d’apparaître à la surface de tout corps planétaire. Orbitant en 21 jours autour de son étoile hôte, la super-Terre est de ce fait très proche de sa compagne stellaire, à environ 0,09 unité astronomique (la distance moyenne entre la Terre et le Soleil), soit environ quatre fois plus près du Soleil que Mercure. Il serait tentant de penser qu’à une telle distance, la planète soit fortement impactée par les flux de radiations émises par son étoile. « Cette super-Terre reçoit de son étoile hôte une quantité de rayonnement équivalente à 90 % de celle que la Terre reçoit du Soleil. Elle se trouve donc à la bonne position dans le système planétaire « , précise Paul Robertson. 

Reste à savoir si GJ 3378b dispose d’une atmosphère, indispensable bouclier gazeux pour se protéger de tout type de rayonnement et des impacts d’astéroïdes, météorites ou de comètes. L’atmosphère maintient des températures et des pressions conduisant à des conditions optimales pour le développement de la vie. Les astrophysiciens ont évalué la température d’équilibre de la super-Terre à approximativement 0 degré, qui désigne la température (supposée constante) de sa surface en l’absence d’enveloppe atmosphérique.

L’étude indique également que GJ 3378b serait localisée près de ce que les planétologues appellent la ligne du « rivage cosmique ». Cette dernière est définie comme la frontière entre les planètes capables de maintenir une atmosphère épaisse sur des milliards d’années et celles qui la perdent à cause des rayonnements intenses émis par leur étoile hôte, constituées de rayons UV et X. GJ 3378 b pourrait ainsi être potentiellement habitable.   

Dévoiler l’atmosphère de l’exoplanète

Pour établir cette habitabilité, des analyses supplémentaires sont nécessaires pour mieux caractériser la planète et déterminer si elle contient une atmosphère. « Si une planète en zone habitable possède une atmosphère, nous pouvons mener des recherches supplémentaires pour détecter des biosignatures, de l’eau liquide ou d’autres signes de vie qui requièrent une enveloppe gazeuse et un flux de radiations stellaire équilibré », ajoute Gogod James, étudiant à l’université de Californie Irvine ayant contribué au calcul de la taille de GJ 3378b au sein du groupe de recherche de Paul Robertson.

Le télescope de la Nasa, l’Observatoire des mondes habitables (HWO), prévue d’ici les années 2040, aura pour objectif ambitieux de détecter des biosignatures sur des planètes telles que GJ 3378b, en les imageant directement afin de confirmer la présence d’une atmosphère.

Vue d’artiste du concept du télescope de la Nasa, l’Observatoire des mondes habitables (HWO). Crédit : NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab.