Et si la recherche de la vie de l'humanité sur d'autres planètes ne renvoie aucun coup? Une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Daniel Angerhausen, physicien du groupe Exoplanets and Habitability du professeur Sascha Quanz à ETH Zurich et un affilié de l'Institut SETI, a abordé cette question en considérant ce qui pourrait être appris sur la vie dans l'univers si les enquêtes futures ne détectent aucun signe de vie sur d'autres planètes.
L'étude, publiée dans Le journal astronomique et réalisé dans le cadre du Centre national suisse de compétence dans la recherche, les planètes, s'appuie sur une analyse statistique bayésienne pour établir le nombre minimum d'exoplanètes qui devraient être observés pour obtenir des réponses significatives sur la fréquence des mondes potentiellement habités.
Comptabiliser l'incertitude
L'étude conclut que si les scientifiques examinaient 40 à 80 exoplanètes et trouver un « parfait » Résultat sans détection, ils pourraient conclure avec confiance que moins de 10 à 20% des planètes similaires abritent de la vie. Dans la Voie lactée, ces 10% correspondraient à environ 10 milliards de planètes potentiellement habitées.
Ce type de constatation permettrait aux chercheurs de mettre une limite supérieure significative à la prévalence de la vie dans l'univers, une estimation qui, jusqu'à présent, est restée hors de portée.
Il existe cependant une prise pertinente dans ce résultat nul «parfait»: chaque observation s'accompagne d'un certain niveau d'incertitude, il est donc important de comprendre comment cela affecte la robustesse des conclusions qui peuvent être tirées des données.
Les incertitudes dans les observations individuelles des exoplanètes prennent différentes formes: l'intercernalité est liée à des faux négatifs, ce qui peut correspondre à la manquer d'une biosignature et à erroner un monde comme inhabité, tandis que l'incertitude dite de l'échantillon introduit des biais dans les échantillons observés. Par exemple, si des planètes non représentatives sont incluses même si elles ne parviennent pas à avoir certaines exigences convenues pour la présence de la vie.
Poser les bonnes questions
« Il ne s'agit pas seulement du nombre de planètes que nous observons – il s'agit de poser les bonnes questions et à quel point nous pouvons être confiants en voyant ou ne pas voir ce que nous recherchons, » dit Angerhausen. « Si nous ne faisons pas attention et que nous sommes trop confiants dans nos capacités à identifier la vie, même une grande enquête pourrait conduire à des résultats trompeurs. »
Ces considérations sont très pertinentes pour les missions à venir telles que le grand interféromètre international pour les exoplanètes (Life) dirigée par ETH Zurich. Le but de la vie est de sonder des dizaines d'exoplanètes similaires dans la masse, le rayon et la température à la Terre en étudiant leurs atmosphères pour des signes d'eau, d'oxygène et de biosignes encore plus complexes.
Selon Angerhausen et les collaborateurs, la bonne nouvelle est que le nombre prévu d'observations sera suffisamment grand pour tirer des conclusions importantes sur la prévalence de la vie dans le quartier galactique de la Terre.
Pourtant, l'étude souligne que même les instruments avancés nécessitent une comptabilité et une quantification minutieuses des incertitudes et des biais pour garantir que les résultats sont statistiquement significatifs.
Pour traiter l'incertitude de l'échantillon, par exemple, les auteurs soulignent que des questions spécifiques et mesurables telles que, « Quelle fraction de planètes rocheuses dans la zone habitable d'un système solaire montre des signes clairs de vapeur d'eau, d'oxygène et de méthane? » sont préférables au plus ambigu, « Combien de planètes ont la vie? »
L'influence des connaissances antérieures
Angerhausen et ses collègues ont également étudié la façon dont les connaissances antérieures supposées – appelées préalables dans les statistiques bayésiennes – sur les variables d'observation données affecteront les résultats des enquêtes futures. À cette fin, ils ont comparé les résultats du cadre bayésien avec ceux donnés par une méthode différente, connue sous le nom d'approche fréquentiste, qui ne présente pas de priors.
Pour le type de taille de l'échantillon ciblé par des missions comme la vie, l'influence des prieurs choisis sur les résultats de l'analyse bayésienne s'avère limitée et, dans ce scénario, les deux cadres donnent des résultats comparables.
« En sciences appliquées, les statistiques bayésiennes et fréquentistes sont parfois interprétées comme deux écoles de pensée concurrentes. En tant que statisticien, j'aime les traiter comme des moyens alternatifs et complémentaires de comprendre le monde et d'interpréter les probabilités, » dit la co-auteur Emily Garvin, qui est actuellement un doctorat. Étudiant dans le groupe de Quanz.
Garvin s'est concentré sur l'analyse fréquentiste qui a contribué à corroborer les résultats de l'équipe et à vérifier leur approche et leurs hypothèses.
« De légères variations dans les objectifs scientifiques d'une enquête peuvent nécessiter des méthodes statistiques différentes pour fournir une réponse fiable et précise, » Notes Garvin.
« Nous voulions montrer comment des approches distinctes fournissent une compréhension complémentaire du même ensemble de données et présentent ainsi une feuille de route pour adopter différents cadres. »
Ce travail montre pourquoi il est si important de formuler les bonnes questions de recherche, de choisir la méthodologie appropriée et de mettre en œuvre des conceptions d'échantillonnage minutieuses pour une interprétation statistique fiable du résultat d'une étude.
« Une seule détection positive changerait tout, » dit Angerhausen, « Mais même si nous ne trouvons pas la vie, nous serons en mesure de quantifier à quel point les plans rarent – ou courants – avec des biosignatures détectables pourraient vraiment être. »
