La découverte d'un possible « super-Terre » à moins de 20 années-lumière de notre propre planète offre aux scientifiques un nouvel espoir dans la recherche d'autres mondes susceptibles d'héberger la vie, selon une équipe internationale comprenant des chercheurs de Penn State. Ils ont surnommé l'exoplanète, nommée GJ 251 c, une « super-Terre » comme les données le suggèrent, elle est presque quatre fois plus massive que la Terre et est probablement une planète rocheuse.
« Nous recherchons ce type de planètes car elles constituent notre meilleure chance de trouver de la vie ailleurs. » a déclaré Suvrath Mahadevan, professeur d'astronomie Verne M. Willaman à Penn State et co-auteur d'un article sur la découverte publié dans Le journal astronomique.
« L'exoplanète se trouve dans la zone habitable ou « zone Boucle d'or », à la bonne distance de son étoile pour que de l'eau liquide puisse exister à sa surface, si elle a la bonne atmosphère. »
Pendant des décennies, la recherche de planètes susceptibles d’héberger de l’eau liquide, et peut-être de la vie, a poussé les astronomes à concevoir et à construire des télescopes avancés et des modèles informatiques capables de détecter même les signaux les plus faibles de la lumière des étoiles.
Cette dernière découverte est le résultat de deux décennies de données d'observation et offre l'une des perspectives les plus prometteuses à ce jour pour la recherche de signes de vie sur d'autres planètes, a déclaré Mahadevan.
L’exoplanète a été découverte à l’aide des données du Habitable-Zone Planet Finder (HPF), un spectrographe proche infrarouge de haute précision – un prisme complexe qui sépare les signaux de la lumière des étoiles – fixé sur le télescope Hobby-Eberly de l’observatoire McDonald au Texas.
Les chercheurs de Penn State ont dirigé la conception et la construction du HPF, construit pour détecter des planètes semblables à la Terre dans les zones habitables des étoiles proches.
« Nous l'appelons Habitable Zone Planet Finder, car nous recherchons des mondes qui se trouvent à la bonne distance de leur étoile pour que de l'eau liquide puisse exister à leur surface. Cela a été l'objectif central de cette enquête, » » dit Mahadevan.
« Cette découverte représente l’un des meilleurs candidats dans la recherche de signature atmosphérique de la vie ailleurs dans les cinq à dix prochaines années. »
Mahadevan et ses collègues ont fait la découverte en analysant une vaste collection de données, s'étalant sur plus de 20 ans et collectées par des télescopes du monde entier, en se concentrant sur le léger mouvement, ou « osciller, » de l'étoile hôte de la planète, GJ 251. « osciller » comprend de minuscules décalages Doppler dans la lumière de l’étoile causés par la gravité d’une planète en orbite.
Ils ont utilisé les observations de base pour améliorer d'abord « osciller » mesures d'une planète intérieure déjà connue, GJ 251 b, qui fait le tour de l'étoile tous les 14 jours.
Ils ont ensuite combiné les données de base avec de nouvelles données de haute précision du HPF pour révéler un deuxième signal, plus fort, à 54 jours, indiquant qu'il y avait une autre planète, bien plus massive, dans le système.
L'équipe a en outre confirmé le signal de la planète à l'aide du spectromètre NEID construit par des chercheurs de Penn State, qui est attaché à un télescope de l'observatoire national de Kitt Peak en Arizona.
« Nous sommes à la pointe de la technologie et des méthodes d'analyse avec ce système, » a déclaré Corey Beard, auteur correspondant de l'article qui a mené la recherche tout en obtenant un doctorat en astrophysique de l'Université de Californie à Irvine.
« Nous avons besoin de la prochaine génération de télescopes pour imager directement ce candidat, mais nous avons également besoin d’un investissement communautaire. »
L'un des plus grands défis dans la découverte de mondes lointains consiste à démêler le signal planétaire de la propre activité de son étoile, une sorte de météo stellaire, a expliqué Mahadevan.
L’activité stellaire, comme les taches stellaires, peut imiter le mouvement périodique d’une planète, donnant ainsi la fausse impression d’une planète là où il n’y en a pas.
Pour distinguer le signal du bruit, les chercheurs ont appliqué des techniques avancées de modélisation informatique pour analyser la façon dont les signaux changent selon différentes longueurs d'onde ou couleurs de lumière.
« Il s'agit d'un jeu difficile car il s'agit d'essayer de freiner l'activité stellaire ainsi que de mesurer ses signaux subtils, d'extraire de légers signaux de ce qui est essentiellement ce chaudron magnétosphérique mousseux de la surface d'une étoile, » » dit Mahadevan.
Il a expliqué que la découverte d'exoplanètes comme GJ 251 c nécessite des instruments avancés et une analyse de données complexe. Le travail implique des collaborations entre plusieurs institutions et expertises à travers le monde et, plus important encore, nécessite un engagement soutenu de la part des pays qui financent la recherche, ce qui peut souvent prendre des décennies pour produire des résultats concrets.
« Cette découverte est un excellent exemple de la puissance de la recherche multidisciplinaire à Penn State, » a déclaré Eric Ford, professeur distingué d'astronomie et d'astrophysique et directeur de recherche à l'Institute of Computational & Data Sciences (ICDS) de Penn State.
« L'atténuation du bruit de l'activité stellaire nécessitait non seulement des instruments de pointe et un accès au télescope, mais également la personnalisation des méthodes de science des données pour les besoins spécifiques de cette étoile et de cette combinaison d'instruments. La combinaison de données exquises et de méthodes statistiques de pointe a permis à notre équipe interdisciplinaire de transformer les données en une découverte passionnante qui ouvre la voie aux futurs observatoires pour rechercher des preuves de la vie au-delà de notre système solaire. »
Bien qu'il ne soit pas possible d'imager l'exoplanète découverte par l'équipe avec les instruments actuels, a déclaré Mahadevan, la prochaine génération de télescopes serait capable d'analyser l'atmosphère de la planète, ce qui pourrait potentiellement révéler des signes chimiques de vie.
« Nous sommes toujours tournés vers l'avenir, » dit-il. « Qu'il s'agisse de garantir que la prochaine génération d'étudiants puisse s'engager dans des recherches de pointe ou de concevoir et de construire de nouvelles technologies pour détecter des planètes potentiellement habitables. »
L’exoplanète nouvellement découverte est parfaitement positionnée pour une observation directe grâce à une technologie plus avancée. Mahadevan et ses étudiants préparent déjà la mise en service de télescopes plus puissants, la nouvelle génération de télescopes au sol de classe 30 mètres. Equipés d'instruments avancés, les nouveaux télescopes devraient avoir la capacité d'imager des planètes rocheuses proches dans des zones habitables.
« Bien que nous ne puissions pas encore confirmer la présence d'une atmosphère ou de vie sur GJ 251 c, la planète représente une cible prometteuse pour une exploration future, » » dit Mahadevan.
« Nous avons fait une découverte passionnante, mais il reste encore beaucoup à apprendre sur cette planète. »
