Hycean Worlds: the Best Chance for JWST to Detect Biosignatures
Une nouvelle étude suggère que les mondes hycean, une possible forme d’exoplanète avec des océans profonds entourés d’une épaisse enveloppe d’hydrogène, pourraient offrir la meilleure chance au télescope spatial James Webb (JWST) de détecter des biosignatures. Ces éventuels signes de vie sont un groupe de produits chimiques appelés halogénures de méthyle, produits sur Terre par certaines bactéries et algues océaniques.
Contrairement à une planète de type Terre, où le bruit atmosphérique et les limitations des télescopes rendent difficile la détection des biosignatures, les planètes hycean offrent un signal beaucoup plus clair, déclare Eddie Schwieterman, astrobiologiste à l’Université de Californie, Riverside.
Pour l’instant, l’existence des planètes hycean reste hypothétique. Leur nom est un mot-valise entre hydrogène et océan, créé en 2021 par le scientifique planétaire Nikku Madhusudhan de l’Université de Cambridge.
Les planètes hycean orbitent autour d’étoiles naines rouges
Les planètes hycean sont censées orbiter autour d’étoiles naines rouges, et le meilleur candidat pour un monde hycean est la planète K2-18b. Cette exoplanète, classée comme un monde sub-Neptune, orbite dans la zone habitable d’une étoile naine rouge située à 124 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Lion.
En 2019, le télescope spatial Hubble a découvert de la vapeur d’eau dans l’atmosphère de K2-18b, et JWST a détecté la présence de dioxyde de carbone et de méthane dans l’atmosphère de la planète, ainsi qu’une absence de monoxyde de carbone et d’ammoniac, exactement comme le prévoit l’hypothèse de la planète hycean. Il y a également des preuves préliminaires qu’un composé appelé sulfure de diméthyle, qui sur Terre est uniquement produit par le plancton océanique, existe également dans l’atmosphère de K2-18b, mais ces preuves continuent à faire débat.
Les halogénures de méthyle : une chance unique de détection de la vie
Une équipe de chercheurs de l’Université de Californie, Riverside et de l’ETH Zurich en Suisse va encore plus loin. Ils proposent qu’une autre famille de composés appelés halogénures de méthyle, générée par la vie océanique microbienne sur Terre, puisse produire une biosignature, c’est-à-dire une signature chimique de la vie biologique, dans l’atmosphère d’un monde hycean plus facilement détectable que la signature de l’oxygène sur une planète de type Terre.
Les halogénures de méthyle sont des molécules qui incorporent des atomes de carbone et trois atomes d’hydrogène attachés à un atome d’halogène comme le brome, le chlore ou le fluor. Sur Terre, les halogénures de méthyle sont produits par la vie, mais ils ne sont pas abondants dans l’atmosphère de notre planète.
Cependant, sur les mondes hycean, les choses pourraient être différentes. L’équipe de Leung soupçonne que les conditions sur de tels mondes, s’ils existent, permettraient aux halogénures de méthyle de s’accumuler en grande quantité dans l’atmosphère. De plus, les halogénures de méthyle auraient de fortes caractéristiques d’absorption dans la lumière infrarouge, aux mêmes longueurs d’onde que le JWST est conçu pour observer.
La recherche de halogénures de méthyle présente un grand avantage en termes de temps d’observation. On pourrait les détecter en seulement 13 heures avec le télescope James Webb, un temps similaire ou inférieur à celui nécessaire pour détecter des gaz comme l’oxygène ou le méthane, déclare Leung.
Les mondes hycean : un habitat potentiel pour la vie
Il y a deux réserves concernant ce que propose l’équipe de Leung. Premièrement, nous ne savons pas encore si les mondes hycean existent réellement. Ils ont été proposés comme une possibilité pour expliquer certaines propriétés de certaines planètes de type sub-Neptune chaudes qui ont une densité moyenne qui implique une épaisse atmosphère d’hydrogène et un océan profond d’eau liquide. Cependant, observer directement un océan sous l’enveloppe d’hydrogène d’un tel monde n’est pas actuellement possible.
La deuxième question est de savoir si de tels océans pourraient être habitables. Un monde hycean serait chaud, et bien que les conditions extrêmes sous l’enveloppe d’hydrogène empêcheraient l’évaporation de l’océan, il est incertain s’il ferait trop chaud pour la vie telle que nous la connaissons. Cependant, une détection positive de halogénures de méthyle dans l’atmosphère d’un monde hycean candidat serait une forte indication que la vie pourrait y exister dans un océan profond.
Si la vie existe sur un tel monde, elle devrait respirer de l’hydrogène, pas de l’oxygène.
Ces micro-organismes, s’ils existent, seraient anaérobies, déclare Schwieterman. Ils seraient adaptés à un environnement très différent, et nous ne pouvons pas vraiment concevoir à quoi cela ressemble, excepté pour dire que ces gaz sont une production plausible de leur métabolisme.
La vie anaérobie existe sur Terre, il ne serait donc pas vraiment étrange pour la vie sur notre planète, même si l’environnement dans lequel elle vivrait le serait. Les mondes de type Terre orbitant autour d’étoiles naines rouges pourraient être rares, car les naines rouges sont de petites bêtes féroces, susceptibles de libérer des bouffées de radiations intenses qui pourraient arracher l’atmosphère d’une planète de type Terre. Cependant, les mondes hycean protégés par leur épaisse atmosphère d’hydrogène pourraient être moins vulnérables aux attaques de leur étoile.
Il se pourrait donc que les mondes hycean soient les lieux où la vie réside dans les systèmes des naines rouges, et étant donné que les naines rouges représentent environ les trois quarts de toutes les étoiles de notre galaxie, il pourrait y avoir beaucoup plus de mondes hycean habitables dans l’univers que de mondes de type Terre.
L’étude de l’équipe de Leung a été publiée le 11 mars dans The Astrophysical Journal Letters.
