Une nouvelle voie de formation de l’oxygène découverte dans les atmosphères riches en dioxyde de carbone
Des scientifiques ont découvert une nouvelle façon dont l’oxygène peut se former dans les atmosphères riches en dioxyde de carbone de mondes au-delà du nôtre, remettant en question les hypothèses sur la manière dont nous devrions rechercher la vie sur d’autres planètes, et peut-être sur les origines de la vie elle-même.
Une recherche qui ouvre de nouvelles perspectives
La plupart des recherches sur la vie, ou les signes de vie, sur d’autres planètes tendent en réalité à prouver que tout ce que nous observons peut être généré par des moyens qui ne nécessitent pas la vie, a déclaré David Benoit, maître de conférences principal en physique moléculaire et astrochimie au Centre de recherche en astrophysique E.A. Milne de l’Université de Hull, qui n’a pas participé à l’étude. Cette étude montre une autre voie de production d’oxygène moléculaire qui n’était pas toujours jugée viable auparavant.
Avant l’augmentation massive de l’oxygène atmosphérique (O2) sur Terre lors du Grand Événement d’oxydation il y a environ 2,4 milliards d’années, lorsque les cyanobactéries vivant dans les océans ont commencé à produire de l’oxygène par photosynthèse, notre atmosphère primitive était dominée par le dioxyde de carbone (CO2) avec seulement de faibles quantités d’oxygène. Ces molécules d’O2 étaient exclusivement produites par des processus abiotiques [non biologiques], écrivent les chercheurs dirigés par Shan Xi Tian et Jie Hu de l’Université des sciences et technologies de Chine.
Tian et Hu se sont intéressés à la façon dont cet oxygène atmosphérique primitif s’est formé et ont rapporté un nouveau mécanisme qui aurait pu se produire.
D’autres proposent quant à eux que la formation de l’oxygène soit due à des mécanismes tels que ce que l’on appelle la réaction de recombinaison à trois corps de deux atomes d’oxygène ou la dissociation du CO2 sous l’action de la lumière ultraviolette. Certains pensent également que la substance aurait pu se former par des réactions spécifiques avec des électrons. Cependant, nous avons découvert une voie nettement différente pour produire de l’O2 à partir de CO2 moléculaire, a déclaré Tian.
La plupart des ions hélium sont produits lorsque les particules alpha du vent solaire interagissent avec des molécules dans la haute atmosphère, créant ainsi des particules chargées appelées ions qui réagissent ensuite avec le CO2 pour former de l’O2. Cette réaction devrait être observée dans la haute atmosphère de Mars, car il y existe de nombreux ions He+ (en raison des vents solaires) et du CO2, explique Hu.
Des expériences pour confirmer la théorie
Pour prouver leur théorie, les scientifiques ont utilisé la spectrométrie de masse par temps de vol (TOF), une technique qui détermine le rapport masse-charge des ions en phase gazeuse en mesurant le temps qu’ils mettent pour parcourir une distance connue dans un instrument appelé spectromètre. Cette méthode repose sur le principe selon lequel les ions, accélérés par un champ électrique de force connue, acquièrent des vitesses différentes en fonction de leur rapport masse-charge et, par conséquent, atteignent le détecteur à des moments différents.
Cependant, Hu et Tian sont allés plus loin, combinant le TOF avec ce qu’on appelle des appareils à faisceaux croisés et des cartes de vélocité ionique pour essayer d’élucider les éventuels mécanismes pouvant donner de l’oxygène moléculaire. Dans cette configuration, deux faisceaux de particules – CO2 et He+ – se sont croisés dans des conditions contrôlées, permettant aux réactions de se produire au point de collision.
Les produits résultants ont été ionisés et leurs rapports masse-charge ont été déterminés en fonction du temps qu’ils ont mis pour atteindre le détecteur. Simultanément, la cartographie de la vélocité ionique a enregistré les trajectoires et les vitesses des ions, fournissant des informations détaillées sur leurs énergies.
En fin de compte, l’équipe a pu reconstruire les voies réactionnelles et obtenir des informations essentielles sur les processus étape par étape conduisant à la formation de l’oxygène à partir de ces deux matériaux de départ.
Des implications pour la recherche de vie extraterrestre
Étant donné que la vie sur Terre est étroitement liée aux concentrations d’oxygène, les scientifiques ont depuis longtemps étudié l’oxygène atmosphérique comme marqueur potentiel de l’habitabilité sur d’autres mondes, surtout compte tenu du fait que la plupart de l’oxygène sur Terre est produit par des organismes vivants. Cependant, cette recherche démontre que l’oxygène peut également se former par des processus abiotiques, c’est-à-dire des processus qui ne sont pas liés à des organismes vivants. Ainsi, si des mécanismes similaires sont à l’œuvre sur d’autres planètes avec des atmosphères riches en CO2, de l’oxygène pourrait exister même en l’absence de vie.
Cette découverte ne signifie cependant pas que les astronomes tireront hâtivement des conclusions ou que la recherche de vie sur les exoplanètes sera perturbée par de fausses signatures biologiques positives.
Benoit a souligné que la validation croisée avec des modèles astrochimiques et des observations expérimentales renforcerait les résultats. Par exemple, la détection simultanée de dioxyde de carbone, d’hélium et d’oxygène sur une exoplanète pourrait valider cette voie comme un mécanisme significatif de production d’oxygène moléculaire.
Ce nouveau mécanisme sera probablement intégré dans les modèles futurs utilisés pour prédire les atmosphères d’autres planètes, a déclaré Benoit, et nous aidera à mieux expliquer les quantités d’oxygène que nous pourrions y trouver.
