L'indice d'habitabilité: une nouvelle façon de classer les exoplanètes

L'indice d'habitabilité: une nouvelle façon de classer les exoplanètes

Le télescope spatial Kepler de la NASA a radicalement changé notre vision du grand nombre d’exoplanètes en orbite autour d’autres étoiles de notre galaxie, mais combien d’entre elles sont-elles propices à la vie?

Aujourd'hui, nous aspirons ardemment à savoir laquelle des plus de 1000 planètes découvertes par le télescope spatial Kepler est habitable. Sont-ils assez proches de leur étoile? Comment leurs surfaces reflètent-elles la lumière? Dans quelle mesure leurs orbites sont-elles biaisées?

Le nouveau document, reconnu par l’Astrophysical Journal et précédemment publié sur le site arxiv.org, propose de prendre en compte tous ces facteurs et de classer les planètes en fonction de leur «indice d’habitabilité».

Cela aidera à définir plus en détail les planètes qui devraient être considérées de plus près, a déclaré Rory Barnes, chercheur et professeur d’astronomie à l’Université de Washington. Il a discuté avec Discovery News du fonctionnement de cet index.

Caractéristiques principales

L'indice d'habitabilité: une nouvelle façon de classer les exoplanètes

Schéma de l'évolution de la courbe de lumière d'une étoile lorsque la planète passe devant elle

Lorsqu'une exoplanète passe devant une étoile et peut être observée à l'aide d'un télescope, tel que Kepler, quatre caractéristiques principales sont alors visibles, comme le dit Barnes: la période orbitale (le temps nécessaire pour contourner l'étoile), la durée de la transition (le faire la transition), la profondeur de la transition (combien de lumière est bloquée) et le temps entre les transitions.

«Seules ces données ne suffisent pas pour tirer des conclusions sur l'habitabilité», déclare Barnes. "Nous ne parlons pas de la masse, du rayon et de la luminosité de l'étoile - ce sont les choses que nous devons absolument savoir sur les planètes" en question "." Cela signifie généralement que les données de conversion ne suffisent pas. Les astronomes obtiennent des informations plus détaillées en observant le «balancement» de l’étoile lorsque la planète tourne autour de celle-ci. Cette méthode est connue sous le nom de méthode de vitesse radiale. Cela donne des informations supplémentaires, par exemple sur la masse des exoplanètes et de l’orbite des planètes.

Étape 1: Inspectez les étoiles brillantes

L'indice d'habitabilité: une nouvelle façon de classer les exoplanètes

Illustration artistique du TESS (satellite, examen des exoplanètes de transition) et des planètes passant devant une étoile

En 2017 ou 2018, le satellite de la NASA chargé d’examiner les exoplanètes transitoires (TESS) commencera à explorer les planètes passant devant des étoiles brillantes. Si l'étoile est proche de la Terre, nous disposerons de davantage d'informations simplement parce qu'elle est plus grande dans le viseur que la taille de l'étoile ou qu'elle est plus lumineuse, par exemple, grâce à l'astrosismologie, la science des «tremblements de terre d'étoiles».

«C’est l’un des plus grands avantages de TESS», a déclaré Barnes. "Le satellite TESS examine les étoiles proches beaucoup plus brillantes, ce qui nous permet d'utiliser des méthodes plus complexes."

Étape 2: Introduire des modèles climatiques

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Cette illustration artistique représente une exoplanète OGLE-2005-BLG-390L b, dont la température de surface n’est estimée qu’à 50 Kelvin (-370 degrés Fahrenheit ou -223 degrés Celsius).

Vous pouvez utiliser plusieurs paramètres qui nous sont disponibles - la quantité de lumière bloquée, la taille de l'orbite - pour voir combien de radiations frappent la planète.

Le problème, cependant, est que nous devons également savoir combien de lumière une planète peut refléter. La glace reflète plus de lumière que l'eau ou la terre. Cela signifie qu'une planète de glace aura une température de surface inférieure à celle d'une planète avec beaucoup d'eau. Par la masse de la planète, il n’est pas toujours évident de savoir si elle est gazeuse (comme Neptune) ou rocheuse (comme Terre), ou quelque chose de moyen. Cela rend les calculs encore plus compliqués.

Étape 3: L’excentricité actuelle

L'indice d'habitabilité: une nouvelle façon de classer les exoplanètes

Ce schéma du système solaire montre combien les orbites des planètes naines de Pluton et d’Eris sont déplacées par rapport aux autres planètes.

Mais il y a une autre grande question: à quel point l'orbite de la planète a-t-elle changé? Il est presque impossible de déterminer en fonction des données de conversion sans disposer d'autres informations.

Si la planète est proche de son étoile, plus de radiation atteindra sa surface. Si la planète est loin de son étoile, le rayonnement sera moindre. Si une planète se déplace brusquement très près d'une étoile, puis s'éloigne sur une longue distance, la quantité de rayonnement change également de façon spectaculaire.

"Cela ressemble à une danse entre l'albédo et l'excentricité, qui détermine en grande partie le caractère résidentiel de la planète", a déclaré Barnes. "L'excentricité est plus facile à déterminer s'il y a plusieurs planètes dans le système, car vous pouvez voir comment leurs orbites interagissent les unes avec les autres."

Indice d'habitabilité

L'indice d'habitabilité: une nouvelle façon de classer les exoplanètes

L’indice d’habitabilité classera les planètes telles que Kepler-62F, une petite super-Terre, comme le montre cette image artistique.

Barnes et ses collègues ont mis au point une formule selon laquelle il est très probable que l'on détermine si une planète particulière mérite une étude plus détaillée. Leur indice d'habitabilité est le produit de certains composants de la planète qui permettent de créer un monde habité: rayonnement stellaire tombant à la surface, déplacement orbital (excentricité), albédo et rocheux.

Il recommande d'utiliser la formule comme suit:

  1. Les données de transition peuvent vous tromper: il vous semble qu’il existe une planète, alors qu’il s’agit simplement d’une dépression qui apparaît à cause des taches sur l’étoile. Vous devez utiliser une méthode alternative pour confirmer la présence d'une planète. Par exemple, la méthode de la vitesse radiale, c’est-à-dire observer les oscillations de l’étoile;
  2. Dès que vous obtenez plus de données après les mesures en utilisant la méthode de la vitesse radiale, telle que l’excentricité, exposez les planètes en fonction d’un barème de notation. Ceux qui présentent les caractéristiques les plus favorables devraient être examinés au moyen d’un plus grand nombre de télescopes afin d’obtenir des informations plus fiables;

Il espère que les astronomes utilisant TESS, le télescope James Webb (qui sera bientôt disponible) et d’autres outils pourront rendre leurs recherches d’habitabilité plus efficaces en appliquant un indice.

"Les ressources nécessaires à l'exploration peuvent être considérables, en particulier pour les plus petites planètes", a déclaré Barnes. "Notre système de classement aidera à mettre en évidence davantage de candidats prioritaires pour tester leur habitabilité."

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