La fable préférée des astronomes vient de prendre une nouvelle tournure. La « zone Boucle d'or » – la région de l'espace ni trop proche ni trop éloignée d'une étoile où de l'eau liquide pourrait exister à la surface d'une planète – a désormais un équivalent chimique. Les chercheurs ont découvert qu’un éventail restreint de conditions planétaires sont nécessaires pour garantir la disponibilité de nutriments bioessentiels comme le phosphore et l’azote.
L’équipe a simulé des dizaines de milliers d’exoplanètes et a découvert que moins d’une exoplanète sur dix présentait des abondances de phosphore et d’azote comparables à celles de la Terre. Les résultats pourraient aider à expliquer pourquoi la vie n'a pas encore été trouvée au-delà de notre planète natale, rapportent le planétologue Craig Walton et ses collègues le 9 février dans Astronomie naturelle.
L'eau est importante pour l'habitabilité planétaire, mais ce n'est pas tout, explique Walton, de l'Université de Cambridge. « Vous avez besoin de nutriments. » En particulier, des éléments tels que le phosphore et l’azote sont essentiels à l’assemblage des parois cellulaires, au codage des informations génétiques et à la construction des protéines, entre autres rôles. Imaginer la vie sans ces nutriments est exagéré, dit Walton. « Il est vraiment difficile d'imaginer à quoi ressemblerait une biologie alternative. »
Mais même une planète aquatique dotée de phosphore et d’azote provenant de son environnement de naissance n’obtient pas le feu vert scientifique pour accueillir la vie. C’est parce que ces éléments peuvent s’enfoncer au cœur d’une planète en formation. Et contrairement au manteau d'une planète, qui échange régulièrement de la matière avec la surface via le volcanisme, le noyau est isolé. Tout phosphore ou azote qui s'y infiltre n'est d'aucune utilité pour la vie vivant à la surface, explique Sebastiaan Krijt, astrophysicien à l'Université d'Exeter en Angleterre, qui n'a pas participé à la recherche. « C'est complètement inaccessible à la vie. »
Le fait que le phosphore et l'azote pénètrent ou non dans le noyau dépend de la disponibilité d'oxygène réactif dans le manteau. « L'oxygène est vraiment ce qui est clé », déclare Laura Rogers, astronome au NOIRLab à Tucson, en Arizona. L'abondance de l'oxygène détermine la façon dont le phosphore et l'azote réagissent avec le fer, qui a tendance à s'enfoncer de plus en plus profondément dans une planète en formation au fil du temps. Lorsqu'il y a beaucoup d'oxygène, le phosphore ne se lie pas au fer et a donc tendance à rester dans le manteau ; l’azote, quant à lui, se liera au fer et coulera dans le noyau. De faibles niveaux d’oxygène entraînent le phénomène inverse : moins de phosphore dans le manteau et plus d’azote.
C'est une situation de push-pull, dit Walton. « Vous en gagnez un, vous en perdez un autre. »
Walton, Rogers et leur équipe ont supposé qu'il devait y avoir une « zone chimique de Boucle d'or » – un point idéal d'abondance d'oxygène qui se traduit par des quantités semblables à celles de la Terre de phosphore et d'azote dans le manteau d'une planète. Pour étudier cette idée, ils ont simulé des exoplanètes avec des quantités initiales de phosphore et d’azote basées sur la chimie observée de plusieurs milliers d’étoiles proches et une gamme de niveaux d’oxygène réactifs tirés de travaux théoriques antérieurs.
Moins de 10 % de ces planètes avaient dans leur manteau des quantités suffisantes de phosphore et d’azote pour accueillir la vie, a découvert l’équipe. « Il semble qu'il y aura de nombreuses planètes qui manqueront d'azote ou de phosphore », explique Walton. L'oxygène réactif à des niveaux comparables à ceux de la Terre, voire légèrement au-dessus, a fini par fournir les conditions idéales pour conserver les niveaux de phosphore et d'azote essentiels à la vie dans le manteau d'une planète, a découvert l'équipe.
Des exoplanètes sont découvertes tout le temps ; plus de 6 000 ont été confirmés à ce jour. Mais de nombreux paramètres planétaires doivent s’aligner pour que la vie puisse potentiellement prendre pied : outre les besoins en eau liquide, la disponibilité en oxygène doit également être parfaite. « Cela nous oblige à reconsidérer la prévalence des planètes semblables à la Terre dans le cosmos », explique Krijt.
Le physicien Enrico Fermi a demandé où se trouve toute la vie extraterrestre. Peut-être que le paradoxe de Fermi – l’énigme selon laquelle l’univers est vaste et pourtant la vie n’a pas été trouvée au-delà de la Terre – a un peu plus de sens maintenant.