Des scientifiques ont découvert de la vapeur d'eau sur une super-Terre potentiellement habitable pour la première fois

Image d'artiste de K2-18b, son étoile hôte, et une planète qui l'accompagne dans ce système. La K2-18b est la seule super-Terre connue pour abriter à la fois de l'eau et des températures qui pourraient soutenir la vie. ESA/Hubble, M. Kornmesser

Pour la première fois, des scientifiques ont détecté de la vapeur d'eau dans l'atmosphère d'une planète potentiellement habitable. Faisant deux fois la taille de la Terre et huit fois la masse de notre planète, l'exoplanète K2-18b est considérée comme une super-Terre. Elle est en orbite dans la zone habitable de son étoile naine rouge, c'est-à-dire l'éventail des distances dans lesquelles l'eau liquide peut exister à la surface d'une planète.

"C'est la seule planète à l'heure actuelle que nous connaissons en dehors du Système solaire qui a la bonne température pour avoir de l'eau. Elle a une atmosphère, et il y a de l'eau, ce qui en fait la meilleure candidate dans la catégorie des planètes potentiellement habitables", a déclaré Angelos Tsiaras, l'auteur principal d'une étude sur cette découverte, lors d'une conférence de presse téléphonique. "Nous étions extrêmement excités de voir ces résultats." Le télescope spatial Kepler a découvert l'exoplanète K2-18b, située à seulement 110 années-lumière de nous, en 2015.

Mais la nouvelle étude sur l'exoplanète à la vapeur d'eau, publiée ce mercredi 11 septembre 2018 dans la revue Nature Astronomy, est une étape majeure pour comprendre à quoi ressemblent les planètes habitables en dehors de notre Système solaire. Pour l'instant, les scientifiques pensent que les super-Terres sont le type de planètes le plus répandu dans la galaxie de la Voie lactée. Les naines rouges sont le type d'étoiles les plus petites les plus froides, les plus durables et les plus communes — ce qui signifie qu'elles pourraient être plus habitables, avec de l'eau liquide comme celle-ci. Aucune n'a toutefois encore été confirmée.

A la rencontre de K2-18b

L'exoplanète K2-18b orbite autour de sa minuscule étoile naine rouge tous les 33 jours. Les chercheurs pensent qu'il s'agit, soit d'une planète rocheuse comme la Terre, soit d'une planète glacée avec de fortes concentrations d'eau à l'intérieur. Il pourrait avoir des nuages, mais si c'est le cas, les observations des scientifiques suggèrent qu'ils ne seraient pas très épais.

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Bien que l'exoplanète K2-18b soit beaucoup plus proche de son étoile que la Terre ne l'est du Soleil, la planète ne reçoit qu'un peu plus de rayonnements solaires que la Terre, son étoile étant beaucoup plus petite et plus froide que notre Soleil. Les chercheurs ont calculé que la température moyenne de la planète était similaire à celle de la Terre, entre -72°C à 46°C degrés.

Pour déterminer la composition de l'atmosphère de K2-18b, les chercheurs à l'origine de la nouvelle étude ont utilisé les données du télescope spatial Hubble pour analyser la lumière des étoiles filtrant à travers son atmosphère. Pour la première fois, ils ont détecté la signature de molécules d'eau. Les données ont également indiqué la présence d'hydrogène et d'hélium dans l'atmosphère.

Le télescope Hubble de la NASA en orbite autour de la Terre. NASA/Getty Images

L'importance d'une atmosphère

Une atmosphère maintient la surface de la planète chaude et la protège du rayonnement de son étoile. La vie sur Terre ne serait pas possible sans notre atmosphère, qui fournit également de nombreux éléments chimiques essentiels à la vie, tels que le carbone et l'azote.

L'exoplanète K2-18b est une bonne candidate pour une étude continue, car sa vapeur d'eau ne va probablement aller nulle part pendant un moment, ont déclaré les chercheurs. Son étoile est relativement inactive et n'a déclenché aucune éruption depuis que les scientifiques ont commencé à observer le système. De plus, l'atmosphère de la planète contenant de l'hydrogène est également une bonne chose pour la présence continue de vapeur d'eau — l'hydrogène étant beaucoup plus léger, ce serait la première molécule à disparaître si l'atmosphère de K2-18b était éliminée à cause des radiations. 

Cette image prise à bord de la Station spatiale internationale (ISS) montre la stratosphère orange de la Terre, la partie la plus basse et la plus dense de l'atmosphère. NASA/Marshall Space Flight Center

"L'eau peut rester assez longtemps car les super-Terres peuvent conserver leur atmosphère plus longtemps, car elles ont une gravité plus grande", a déclaré Giovanna Tinetti, une physicienne co-auteure de l'étude, lors d'une conférence de presse.

Elle a opposé l'atmosphère de cette planète à celle de Mars. La planète rouge est beaucoup plus petite et exerce une attraction gravitationnelle plus faible que la Terre. Ainsi, bien qu'elle ait déjà eu une atmosphère (et probablement de l'eau liquide), Mars était trop petite et trop faible pour s'y accrocher. Au fil du temps, le flux de particules chargées et de plasma provenant du Soleil a détruit l'atmosphère de Mars.

Des planètes comme K2-18b peuvent aider à redéfinir l'habitabilité

NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC-Caltech)

L'atmosphère de K2-18b est très différente de celle de la Terre, car elle est principalement composée d'hydrogène, contrairement à notre propre atmosphère riche en azote. Mais les scientifiques à l'origine de la nouvelle étude ont déclaré que la vie pouvait encore émerger dans ces conditions (du moins en se basant sur les informations limitées que nous avons à l'heure actuelle).

"L'habitabilité, telle que nous la concevons, est un concept très centré sur la Terre. Nous connaissons donc un monde habitable, qui est notre propre Terre à présent, et nous en avons une autre potentiellement habitable", a déclaré Ingo Waldmann, chercheur en exoplanètes qui co-écrit l'étude. "Comprendre comment l'habitabilité évolue dans une atmosphère riche en hydrogène va devenir un sujet d'étude très intense au cours des 10 prochaines années."

Les chercheurs ont déclaré que les scientifiques devraient commencer par déterminer la pression de l'atmosphère de K2-18b et la quantité d'eau qu'elle abrite. Pour le moment, il n'y a aucun moyen de savoir quelles sont les conditions sur sa surface. "Avec les données actuelles, nous ne pouvons détecter que l'existence d'une atmosphère et l'existence d'eau", a déclaré Angelos Tsiaras.

Le télescope James Webb. NASA/Chris Gunn

Cependant, les chercheurs à l'origine d'une autre étude, publiée en ligne ce mardi sans avoir fait l'objet d'un examen par le communauté scientifique de la revue, ont déclaré à Space.com que les données indiquaient la présence de nuages ​​d'eau liquide susceptibles de produire de la pluie sur K2-18b. Ils ont également suggéré que l'atmosphère de la planète était trop épaisse et exerçait trop de pression pour que la vie telle que nous la connaissons puisse exister à sa surface.

Angelos Tsiaras a déclaré que le télescope James Webb de la NASA, qui devrait être lancé en 2021, et le télescope Ariel de l'Agence spatiale européenne, qui devrait être lancé en 2028, seraient en mesure de recueillir beaucoup plus de données sur K2-18b en observant la lumière sur une plus grande gamme de longueurs d'onde. Ces informations pourraient alors aider les scientifiques à chercher puis à trouver davantage de planètes comme K2-18b.

"C'est, espérons-le, l'un des nombreux exemples que nous trouverons : de nombreuses super-Terres contournent des étoiles naines", a déclaré Ingo Waldmann. "Ensuite, nous pouvons réellement commencer à nous pencher sur ce que signifie le terme 'habitabilité' signifie par rapport à la Terre ou par rapport à d'autres super-Terres."

Version originale: Morgan McFall-Johnsen / Business Insider

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