Illustration d'artiste d'une planète dans la zone habitable d'une étoile. Les planètes situées dans la zone habitable de leur étoile ont probablement de l'eau liquide à leur surface. Crédit : Cal Poly Pomona/B. Binder, édité
Les astronomes utilisent Chandra et XMM-Newton pour évaluer si les étoiles proches émettent des niveaux de rayonnement compatibles avec des exoplanètes habitables.
Cette recherche vise à aider à prioriser les étoiles pour une imagerie détaillée avec les futurs télescopes, en se concentrant sur celles dont les niveaux de rayonnement peuvent soutenir des atmosphères planétaires propices à la vie.
Exploration de l'habitabilité des exoplanètes grâce à des télescopes avancés
En utilisant NASAL'observatoire à rayons X Chandra de l'ESA etAgence spatiale européenneLes astronomes de l'équipe XMM-Newton cherchent à savoir si les étoiles proches pourraient abriter des exoplanètes habitables, en se basant sur le fait qu'elles émettent des radiations susceptibles de détruire les conditions potentielles de la vie telle que nous la connaissons. Ce type de recherche aidera à guider les observations avec la prochaine génération de télescopes visant à réaliser les premières images de planètes comme la Terre.
Une équipe de chercheurs a examiné des étoiles suffisamment proches de la Terre pour que les futurs télescopes puissent prendre des images de planètes dans leurs zones dites habitables, définies comme des orbites où les planètes pourraient avoir de l'eau liquide à leur surface.
Analyse de l'habitabilité potentielle grâce au rayonnement stellaire
Les images des planètes sont constituées de points lumineux isolés et ne montrent pas directement les caractéristiques de la surface, comme les nuages, les continents et les océans. Cependant, leurs spectres (la quantité de lumière à différentes longueurs d'onde) révèlent des informations sur la composition de la surface et de l'atmosphère de la planète.
Plusieurs facteurs influencent ce qui pourrait rendre une planète propice à la vie telle que nous la connaissons. L'un de ces facteurs est la quantité de rayons X et de lumière ultraviolette nocifs qu'elle reçoit de son étoile hôte, qui peuvent endommager, voire détruire, l'atmosphère de la planète.
Une carte tridimensionnelle des étoiles proches du Soleil qui sont suffisamment proches de la Terre pour que les planètes dans leurs zones habitables puissent être directement photographiées à l'aide de futurs télescopes. Les planètes dans les zones habitables de leurs étoiles ont probablement de l'eau liquide à leur surface. Une étude réalisée par Chandra et XMM-Newton sur certaines de ces étoiles (représentées dans des halos bleus) indique celles qui auraient le plus de chances d'avoir des exoplanètes habitables autour d'elles en fonction d'une deuxième condition : si elles reçoivent ou non des radiations mortelles des étoiles autour desquelles elles orbitent. Crédit : Cal Poly Pomona/B. Binder ; NASA/CXC/M.Weiss
Méthodologie de recherche et observations stellaires
« Sans caractériser les rayons X émis par son étoile hôte, nous passerions à côté d’un élément clé qui nous permettrait de déterminer si une planète est réellement habitable ou non », a déclaré Breanna Binder, de l’Université polytechnique de l’État de Californie à Pomona, qui a dirigé l’étude. « Nous devons examiner le type de doses de rayons X que reçoivent ces planètes. »
Binder et ses collègues ont commencé par dresser une liste d'étoiles suffisamment proches de la Terre pour que les futurs télescopes terrestres et spatiaux puissent prendre des images des planètes situées dans leur zone habitable. Ces futurs télescopes comprennent l'Observatoire des mondes habitables et des télescopes terrestres de très grande taille.
Résultats et implications pour la découverte future d'exoplanètes
En s'appuyant sur des observations aux rayons X de certaines de ces étoiles à l'aide de données de Chandra et de XMM-Newton, l'équipe de Binder a examiné quelles étoiles pourraient héberger des planètes présentant des conditions propices à la formation et à la prospérité de la vie.
L'équipe a étudié la luminosité des étoiles en rayons X, l'énergie de ces rayons et la vitesse et l'ampleur des variations de leur émission, par exemple en raison d'éruptions. Des rayons X plus brillants et plus énergétiques peuvent causer davantage de dégâts à l'atmosphère des planètes en orbite.
Optimisation de la sélection des cibles pour les télescopes de nouvelle génération
« Nous avons identifié des étoiles dans lesquelles l'environnement de rayonnement X de la zone habitable est similaire, voire plus doux, à celui dans lequel la Terre a évolué », a déclaré Sarah Peacock, co-auteure de l'étude de l'Université du Maryland, à Baltimore County. « De telles conditions pourraient jouer un rôle clé dans le maintien d'une atmosphère riche comme celle que l'on trouve sur Terre. »
Les chercheurs ont utilisé les données disponibles dans les archives de près de 10 jours d'observations Chandra et d'environ 26 jours d'observations XMM pour examiner le comportement des rayons X de 57 étoiles proches, dont certaines abritent des planètes connues. La plupart d'entre elles sont des planètes géantes comme Jupiter, Saturneou Neptunealors que seule une poignée de planètes ou de planètes candidates pourraient être moins de deux fois plus massives que la Terre.
Il y a probablement beaucoup plus de planètes en orbite autour d'étoiles dans l'échantillon, en particulier celles de taille similaire à la Terre, qui restent jusqu'à présent non détectées. Les études de transit, qui recherchent de minuscules baisses de luminosité lorsque les planètes passent devant leur étoile de notre point de vue, passent à côté de nombreuses planètes car une géométrie spéciale est nécessaire pour les repérer. Cela signifie que les chances de détecter des planètes en transit dans un petit échantillon d'étoiles sont faibles ; une seule exoplanète dans l'échantillon a été capté par les transits.
L’autre technique principale de détection des planètes consiste à détecter l’oscillation d’une étoile induite par les planètes en orbite, et cette technique est principalement efficace pour trouver des planètes géantes relativement proches de leurs étoiles hôtes.
« Nous ne savons pas combien de planètes semblables à la Terre seront découvertes grâce aux images des télescopes de la prochaine génération, mais nous savons que le temps d'observation sur ces planètes sera précieux et extrêmement difficile à obtenir », a déclaré Edward Schwieterman, co-auteur de l'étude, de l'Université de Californie à Riverside. « Ces données en rayons X aident à affiner et à hiérarchiser la liste des cibles et pourraient permettre d'obtenir plus rapidement la première image d'une planète semblable à la Terre. »
Ces résultats ont été présentés lors de la 244e réunion de l'American Astronomical Society à Madison, Wisconsin.
Le centre de vol spatial Marshall de la NASA gère le programme Chandra. Le centre de rayons X Chandra de l'observatoire astrophysique Smithsonian contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, dans le Massachusetts, et les opérations de vol depuis Burlington, dans le Massachusetts.
