Certaines exoplanètes glacées pourraient avoir des océans et des geysers habitables

La recherche de vie ailleurs dans l’Univers se concentre généralement sur les exoplanètes qui se trouvent dans la « zone habitable » d’une étoile, une distance où les températures permettent à l’eau liquide de persister à leur surface. Cependant, il est possible qu’une exoplanète trop lointaine et trop froide ait encore un océan sous une croûte de glace si elle dispose d’un chauffage interne suffisant. C’est le cas dans notre système solaire où Europe, une lune de Jupiter, et Encelade, une lune de Saturne, possèdent des océans souterrains car ils sont chauffés par les marées dues à l’attraction gravitationnelle de la planète hôte et des lunes voisines.

Ces océans souterrains pourraient abriter la vie s’ils ont d’autres nécessités, comme un approvisionnement en énergie ainsi que des éléments et composés utilisés dans les molécules biologiques. Sur Terre, des écosystèmes entiers prospèrent dans l’obscurité totale au fond des océans, à proximité des sources hydrothermales, qui fournissent de l’énergie et des nutriments.

“Nos analyses prédisent que ces 17 mondes pourraient avoir des surfaces couvertes de glace mais recevoir suffisamment de chaleur interne provenant de la désintégration des éléments radioactifs et des forces de marée de leurs étoiles hôtes pour maintenir les océans internes”, a déclaré le Dr Lynnae Quick du Goddard Space Flight Center de la NASA. Ceinture de verdure, Maryland. “Grâce à la quantité de chauffage interne qu'elles subissent, toutes les planètes de notre étude pourraient également présenter des éruptions cryovolcaniques sous la forme de panaches ressemblant à des geysers.” Quick est l'auteur principal d'un article sur la recherche publié le 4 octobre dans le Journal d'astrophysique.

L’équipe a examiné les conditions sur 17 exoplanètes confirmées qui sont à peu près de la taille de la Terre mais moins denses, ce qui suggère qu’elles pourraient contenir des quantités substantielles de glace et d’eau au lieu de roches plus denses. Bien que la composition exacte des planètes reste inconnue, les premières estimations de leurs températures de surface issues d'études antérieures indiquent toutes qu'elles sont beaucoup plus froides que la Terre, ce qui suggère que leurs surfaces pourraient être recouvertes de glace.

L'étude a amélioré les estimations de la température de surface de chaque exoplanète en recalculant en utilisant comme modèles la luminosité de surface connue et d'autres propriétés d'Europe et d'Encelade. L'équipe a également estimé l'échauffement interne total de ces exoplanètes en utilisant la forme de l'orbite de chaque exoplanète pour obtenir la chaleur générée par les marées et en l'ajoutant à la chaleur attendue de l'activité radioactive. Les estimations de la température de surface et du réchauffement total ont donné l'épaisseur de la couche de glace pour chaque exoplanète puisque les océans se refroidissent et gèlent à la surface tout en étant chauffés de l'intérieur. Enfin, ils ont comparé ces chiffres à ceux d'Europe et ont utilisé les niveaux estimés d'activité des geysers sur Europe comme base de référence prudente pour estimer l'activité des geysers sur les exoplanètes.

Ils prédisent que les températures de surface seront plus froides que les estimations précédentes, jusqu'à 60 degrés Fahrenheit (16 degrés Celsius). L'épaisseur estimée de la coquille de glace variait d'environ 190 pieds (58 mètres) pour Proxima Centauri b et d'un mile (1,6 kilomètres) pour LHS 1140 b à 24 miles (38,6 kilomètres) pour MOA 2007 BLG 192Lb, par rapport à la moyenne estimée d'Europe de 18 miles ( près de 29 kilomètres). L'activité estimée du geyser est passée de seulement 17,6 livres par seconde (environ 8 kilogrammes/seconde) pour Kepler 441b à 639 640 livres/seconde (290 000 kilogrammes/seconde) pour LHS 1140b et 13,2 millions de livres/seconde (six millions de kilogrammes/seconde) pour Proxima Centauri. b, par rapport à Europa à 4 400 livres/seconde (2 000 kilogrammes/seconde).

“Étant donné que nos modèles prédisent que les océans pourraient être trouvés relativement près des surfaces de Proxima Centauri b et LHS 1140 b, et que leur taux d'activité des geysers pourrait dépasser celui d'Europe des centaines, voire des milliers de fois, les télescopes sont plus susceptibles de détecter une activité géologique sur ces zones. planètes”, a déclaré Quick, qui présentera cette recherche le 12 décembre lors de la réunion de l'American Geophysical Union à San Francisco, en Californie.

Cette activité pourrait être observée lorsque l'exoplanète passe devant son étoile. Certaines couleurs de la lumière des étoiles pourraient être atténuées ou bloquées par la vapeur d'eau des geysers. “Des détections sporadiques de vapeur d'eau dans lesquelles la quantité de vapeur d'eau détectée varie avec le temps suggéreraient la présence d'éruptions cryovolcaniques”, a déclaré Quick. L’eau peut contenir d’autres éléments et composés qui pourraient révéler si elle peut supporter la vie. Étant donné que les éléments et les composés absorbent la lumière selon des couleurs « signature » spécifiques, l’analyse de la lumière des étoiles permettrait aux scientifiques de déterminer la composition du geyser et d’évaluer le potentiel d’habitabilité de l’exoplanète.

Pour les planètes comme Proxima Centauri b qui ne croisent pas leurs étoiles depuis notre point d’observation, l’activité des geysers pourrait être détectée par de puissants télescopes capables de mesurer la lumière que l’exoplanète réfléchit lorsqu’elle tourne autour de son étoile. Les geysers expulseraient des particules glacées à la surface de l'exoplanète, ce qui la rendrait très brillante et réfléchissante.

La recherche a été financée par le programme Habitable Worlds de la NASA, le programme d'astrobiologie de l'Université de Washington et le Virtual Planetary Laboratory, membre du groupe de coordination NASA Nexus for Exoplanet System Science.