Ces dernières années, le nombre de planètes extrasolaires découvertes autour du type M voisin (étoiles naines rouges) a considérablement augmenté. Dans de nombreux cas, ces planètes confirmées étaient «semblables à la Terre», ce qui signifie qu'elles sont terrestres (alias. Rocheuses) et de taille comparable à la Terre. Ces découvertes ont été particulièrement excitantes puisque les étoiles naines rouges sont les plus courantes dans l'Univers - représentant 85% des étoiles dans la seule voie lactée.
Malheureusement, de nombreuses études ont été menées récemment qui indiquent que ces planètes peuvent ne pas avoir les conditions nécessaires pour soutenir la vie. Le dernier vient de l'Université de Harvard, où le chercheur postdoctoral Manasvi Lingam et le professeur Abraham Loeb démontrent que les planètes autour des étoiles de type M peuvent ne pas recevoir suffisamment de rayonnement de leurs étoiles pour que la photosynthèse se produise.
En termes simples, la vie sur Terre aurait émergé il y a entre 3,7 et 4,1 milliards d'années (à la fin de l'Hadéen tardif ou au début de l'Eon archéen), à une époque où l'atmosphère de la planète aurait été toxique pour la vie aujourd'hui. Il y a entre 2,9 et 3 milliards d'années, des bactéries photosynthétisantes ont commencé à apparaître et ont commencé à enrichir l'atmosphère en oxygène gazeux.
En conséquence, la Terre a connu ce qu'il est convenu d'appeler le «grand événement d'oxydation» il y a environ 2,3 milliards d'années. Pendant ce temps, les organismes photosynthétiques ont progressivement converti l'atmosphère terrestre d'une atmosphère composée principalement de dioxyde de carbone et de méthane en une atmosphère composée d'azote et d'oxygène gazeux (~ 78% et 21%, respectivement).
Il est intéressant de noter que d'autres formes de photosynthèse seraient apparues encore plus tôt que la photosynthèse de la chlorophylle. Il s'agit notamment de la photosynthèse rétinienne, qui a émergé ca. Il y a 2,5 à 3,7 milliards d'années et existe toujours dans des environnements de niche limités aujourd'hui. Comme son nom l'indique, ce processus repose sur la rétine (un type de pigment violet) pour absorber l'énergie solaire dans la partie jaune-vert du spectre visible (400 à 500 nm).
Il existe également une photosynthèse oxygénée (où le dioxyde de carbone et deux molécules d'eau sont transformés pour créer du formaldéhyde, de l'eau et de l'oxygène gazeux), qui est censé précéder entièrement la photosynthèse oxygénée. Comment et quand différents types de photosynthèse ont émergé est essentiel pour comprendre quand la vie sur Terre a commencé. Comme le professeur Loeb l'a expliqué à Space Magazine par e-mail:
«‘ Photosynthèse ’signifie‘ assemblage ’(synthèse) par la lumière (photo). C'est un processus utilisé par les plantes, les algues ou les bactéries pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique qui alimente leurs activités. L'énergie chimique est stockée dans des molécules à base de carbone, qui sont synthétisées à partir du dioxyde de carbone et de l'eau. Ce processus libère souvent de l'oxygène comme sous-produit, ce qui est nécessaire à notre existence. Dans l'ensemble, la photosynthèse fournit tous les composés organiques et la plupart de l'énergie nécessaire à la vie telle que nous la connaissons sur la planète Terre. La photosynthèse est apparue relativement tôt dans l'histoire évolutive de la Terre. »
De telles études, qui examinent le rôle joué par la photosynthèse, ne sont pas seulement importantes car elles nous aident à comprendre comment la vie a émergé sur Terre. De plus, ils pourraient également nous aider à comprendre si la vie pourrait émerger sur des planètes extra-solaires et dans quelles conditions cela pourrait avoir lieu.
Leur étude, intitulée «Photosynthèse sur des planètes habitables autour d'étoiles de faible masse», a récemment été publiée en ligne et a été soumise au Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. Dans l'intérêt de leur étude, Lingam et Loeb ont cherché à limiter le flux de photons des étoiles de type M pour déterminer si la photosynthèse est possible sur les planètes terrestres qui orbitent autour des étoiles naines rouges. Comme l'a déclaré Loeb:
«Dans notre article, nous avons étudié si la photosynthèse peut se produire sur des planètes dans la zone habitable autour des étoiles de faible masse. Cette zone est définie comme la plage de distances de l'étoile où la température de surface de la planète permet l'existence de l'eau liquide et la chimie de la vie telle que nous la connaissons. Pour les planètes de cette zone, nous avons calculé le flux ultraviolet (UV) illuminant leur surface en fonction de la masse de leur étoile hôte. Les étoiles de faible masse sont plus froides et produisent moins de photons UV par quantité de rayonnement. »
Conformément aux découvertes récentes impliquant des étoiles naines rouges, leur étude s'est concentrée sur les «analogues de la Terre», des planètes qui ont les mêmes paramètres physiques de base que la Terre - c'est-à-dire le rayon, la masse, la composition, la température effective, l'albédo, etc. Depuis les limites théoriques de la photosynthèse autour d'autres étoiles ne sont pas bien comprises, elles ont également fonctionné avec les mêmes limites que celles de la Terre - entre 400 et 750 nm.
À partir de cela, Lingam et Loeb ont calculé que les étoiles de type M de faible masse ne seraient pas en mesure de dépasser le flux UV minimal requis pour assurer une biosphère similaire à celle de la Terre. Comme l'illustre Loeb:
"Cela implique que les planètes habitables découvertes au cours des dernières années autour des étoiles naines proches, Proxima Centauri (étoile la plus proche du Soleil, à 4 années-lumière de là, 0,12 masse solaire, avec une planète habitable, Proxima b) et TRAPPIST-1 ( À 40 années-lumière de là, 0,09 masse solaire, avec trois planètes habitables TRAPPIST-1e, f, g), n'ont probablement pas de biosphère semblable à la Terre. Plus généralement, les études spectroscopiques de la composition des atmosphères des planètes qui transitent par leurs étoiles (comme TRAPPIST-1) sont peu susceptibles de trouver des biomarqueurs, tels que l'oxygène ou l'ozone, à des niveaux détectables. Si de l'oxygène est trouvé, son origine est probablement non biologique. »
Naturellement, ce type d'analyse a des limites. Comme indiqué précédemment, Lingam et Loeb indiquent que les limites théoriques de la photosynthèse autour d'autres étoiles ne sont pas bien connues. Jusqu'à ce que nous en apprenions plus sur les conditions planétaires et l'environnement de rayonnement autour des étoiles de type M, les scientifiques seront obligés d'utiliser des métriques basées sur notre propre planète.
Deuxièmement, il y a aussi le fait que les étoiles de type M sont variables et instables par rapport à notre Soleil et connaissent des poussées périodiques. Citant d'autres recherches, Lingam et Loeb indiquent que ceux-ci peuvent avoir des effets à la fois positifs et négatifs sur la biosphère d'une planète. En bref, les éruptions stellaires pourraient fournir un rayonnement UV supplémentaire qui aiderait à déclencher la chimie prébiotique, mais pourraient également nuire à l'atmosphère d'une planète.
Néanmoins, à moins d'études plus intensives sur les planètes extrasolaires en orbite autour des étoiles naines rouges, les scientifiques sont obligés de s'appuyer sur des évaluations théoriques de la probabilité de vie sur ces planètes. Quant aux résultats présentés dans cette étude, ils sont encore une autre indication que les systèmes d'étoiles naines rouges ne sont peut-être pas l'endroit le plus probable pour trouver des mondes habitables.
Si elles sont vraies, ces résultats pourraient également avoir des implications drastiques dans la recherche d'intelligence extraterrestre (SETI). "Étant donné que l'oxygène produit par la photosynthèse est une condition préalable à la vie complexe comme les humains sur Terre, il sera également nécessaire à l'intelligence technologique d'évoluer", a déclaré Loeb. «À son tour, l'émergence de ce dernier ouvre la possibilité de retrouver la vie via des signatures technologiques telles que des signaux radio ou des artefacts géants.»
Pour l'instant, la recherche de planètes habitables et de la vie continue d'être éclairée par des modèles théoriques qui nous disent ce qu'il faut rechercher. En même temps, ces modèles continuent d'être basés sur la «vie telle que nous la connaissons» - c'est-à-dire en utilisant des analogues de la Terre et des espèces terrestres comme exemples. Heureusement, les astronomes s'attendent à en apprendre beaucoup plus dans les années à venir grâce au développement d'instruments de nouvelle génération.
Plus nous en apprendrons sur les systèmes d'exoplanètes, plus nous serons susceptibles de déterminer s'ils sont habitables ou non. Mais à la fin, nous ne saurons pas quoi d'autre nous devrions chercher avant de l'avoir trouvé. Tel est le grand paradoxe en ce qui concerne la recherche de l'intelligence extra-terrestre, sans parler de cet autre grand paradoxe (regardez-le!).
