Il n’y a pas d’exolunes confirmées, c’est-à-dire des lunes en orbite autour d’exoplanètes lointaines dans d’autres systèmes solaires. Il y a quelques candidats, mais aucun n’a dépassé le seuil et n’a été accepté comme confirmé. Mais ils doivent exister. Les lunes sont courantes dans notre système solaire, il serait donc extrêmement étrange qu'elles n'existent pas ailleurs.
Parmi les lunes de notre système solaire, la lune de la Terre est spéciale.
Il est très grand par rapport à la Terre et sa présence a aidé la Terre à rester habitable. Il stabilise l’inclinaison axiale de notre planète, ce qui contribue à créer un climat et des saisons plus propices à la vie. Il génère également les marées des océans, ce qui aide les régions côtières à conserver leur biodiversité et leur richesse.
D'autres planètes telluriques situées dans des zones habitables hébergent-elles des exolunes ? Pourraient-ils également contribuer à créer les conditions nécessaires à la vie ? C’est l’objet de nouvelles recherches.
Il s'intitule « Tidally Torn : Pourquoi les étoiles les plus courantes peuvent manquer de grandes lunes dans la zone habitable ». Il sera publié dans Le Journal astronomique et l'auteur principal est Shaan Patel du Département de physique de l'Université du Texas à Arlington. La recherche est disponible sur le arXiv serveur de préimpression.
Les naines M (naines rouges) sont le type d’étoile le plus répandu dans la Voie lactée et sont connues pour héberger des exoplanètes rocheuses dans leurs zones habitables. Mais les naines rouges sont petites et sombres, et leurs zones habitables sont plus proches que celles d’autres étoiles plus brillantes comme notre soleil. Entre autres choses, cela signifie que ces planètes sont probablement bloquées par les marées.
« Ces dernières années, l'étude des exolunes en orbite autour des planètes HZ et en particulier au sein des systèmes nains M a attiré une attention croissante, ce qui rend crucial l'examen des conditions nécessaires à l'existence des exolunes dans de tels systèmes », écrivent les chercheurs.
Le fait que les astronomes aient obtenu du temps d’observation du JWST pour rechercher une exomoon autour de l’exoplanète rocheuse TOI-700d le confirme. Cette planète est soupçonnée d’héberger une lune semblable à la Lune.
Les chercheurs ont utilisé des simulations à N corps pour comprendre comment les planètes rocheuses dotées de lunes se comportent dans ces conditions.
« Les planètes semblables à la Terre situées dans la zone habitable (HZ) des naines M ont récemment été ciblées par la recherche d'exomoons », écrivent les auteurs. « Nous étudions la stabilité et la durée de vie des grandes lunes (de type Lune), en tenant compte des effets des interactions à trois corps et des forces de marée… » expliquent-ils.
Dans leurs simulations, ils ont fait varier la masse et le demi-grand axe de la planète hôte. Ils voulaient déterminer quand les exolunes devenaient instables. Leur instabilité est liée à la sphère Hill de la planète hôte. La sphère de Hill décrit l'emprise gravitationnelle de la planète hôte sur la lune, et les chercheurs ont découvert que plus la sphère de Hill est grande, plus il faut de temps à la lune pour s'échapper, ce qui est intuitif.
Les résultats montrent à quel point les exmoons sont improbables dans ces types de systèmes.
« Nos résultats suggèrent que les planètes HZ semblables à la Terre dans les systèmes nains M perdront de grandes lunes (de type Lune) (si elles se forment) au cours du premier milliard d'années de leur existence », expliquent les chercheurs.
Le type de nain M affecte le résultat et il existe 10 classifications de M0 à M9. Les classifications reflètent la température d'une étoile, qui à son tour affecte l'emplacement du HZ. Et cela affecte à son tour la force des marées stellaires et leur pouvoir sur les exolunes.
« Nos simulations numériques de 200 Myr de systèmes étoile-planète-lune en orbite autour de la HZ des naines M4 montrent que la durée de vie typique de la lune est inférieure à 10 Myr, ce qui est très court par rapport aux échelles de temps astrobiologiques, géologiques ou astrophysiques », écrivent les auteurs. Sur cette base, les chercheurs disent s’attendre à ce que des systèmes similaires dans les HZ autour des étoiles M5 à M9 perdent leurs lunes encore plus tôt que cela.
Des recherches antérieures montrent que les exolunes massives subissent probablement un réchauffement extrême des marées, ce qui les rendrait inhabitables. « Avec nos résultats, cela indique une fragilité générale des exolunes dans les systèmes nain M », expliquent les auteurs.
Malgré la précarité générale de ces dispositions, il existe des cas où une grande lune pourrait survivre longtemps. « La durée de vie d'une grande lune peut atteindre 1 Gyr si elle tourne autour d'une planète habitable de masse terrestre en orbite autour d'une naine M0 », écrivent les chercheurs. Mais c'est une configuration particulière où le HZ s'étend plus loin.
Cela « affaiblit la marée stellaire sur la planète hôte et laisse une grande partie de l'action des marées à la marée lunaire qui dévale la planète hôte », expliquent-ils. Dans ce cas, et si la planète hôte avait deux masses terrestres, la Lune pourrait durer au maximum 1,35 milliard d’années. Pour le contexte, cela correspond à l’époque où l’oxygène commençait tout juste à s’accumuler dans l’atmosphère terrestre.
Les auteurs reconnaissent que dans de très rares cas, une exomoon pourrait persister plus de 5 milliards d’années. Ils soulignent également que des lunes beaucoup plus petites, de la taille de Cérès ou de Phobos, pourraient survivre longtemps, mais qu’elles sont au-delà de notre capacité à les détecter.
La détection des exolunes pourrait être améliorée lorsque et si l'Observatoire des mondes habitables est construit. Sa tâche principale serait de trouver des exoplanètes habitables semblables à la Terre. Mais son miroir de 6 à 8 mètres lui permettrait aussi de détecter les exomoons, du moins dans certains cas.
Le télescope géant Magellan pourrait également changer la donne. Il devrait commencer ses observations dans les années 2030 et disposera d'un miroir composite de 24,5 mètres. Il sera capable d’imager directement les exoplanètes et pourra peut-être détecter les exolunes.
Cette étude s'est concentrée sur les naines M car elles constituent le type d'étoile le plus courant et hébergent de nombreux mondes rocheux. Mais il existe d’autres types d’étoiles, où le HZ est beaucoup plus éloigné de l’étoile. Il est peut-être possible que certaines de ces planètes HZ hébergent des exolunes pendant des milliards d’années.
Ces lunes pourraient contribuer à rendre leurs planètes habitables, comme Luna le fait pour la Terre. Ou encore, certaines lunes pourraient être habitables. Nous attendons toujours de voir si certaines des lunes océaniques glacées de notre système solaire sont habitables. Nous ne pouvons pas l'exclure pour d'autres systèmes solaires.
