Une planète très similaire à la Terre aurait été découverte à seulement 40 années-lumière.

Un des mondes du système TRAPPIST-1, situé à seulement 40 années-lumière, pourrait bien être enveloppé d’une atmosphère capable de soutenir la vie.

D’après de nouvelles observations enthousiasmantes réalisées avec le JWST, l’exoplanète TRAPPIST-1e, de taille comparable à la Terre, présente des indices en faveur d’une enveloppe gazeuse ressemblant à la nôtre, susceptible de permettre la présence d’eau liquide à sa surface.

Même si ce signal reste équivoque et exige un important travail de suivi pour comprendre ce qui se passe réellement, il s’agit, à ce jour, de l’avancée la plus proche de ce que les astronomes aient obtenu dans leur quête d’une « seconde Terre ».

« TRAPPIST-1e demeure l’une de nos planètes les plus convaincantes dans la zone habitable, et ces nouveaux résultats nous rapprochent de la compréhension du type de monde dont il s’agit », déclare l’astronome Sara Seager du Massachusetts Institute of Technology (MIT), coautrice de l’un des deux articles décrivant ces résultats.

« Les indices qui écartent des atmosphères de type Vénus et Mars affinent notre attention sur les scénarios qui restent possibles. »

La Terre comme modèle, et la zone habitable avec eau liquide

Dans la recherche de mondes habitables au-delà du Système solaire, la Terre sert de référence aux astronomes. Pour une raison simple : dans tout l’Univers, notre planète reste le seul monde dont nous sachions avec certitude que la vie y est apparue et s’y est développée.

Un critère majeur « à la manière de la Terre » est la capacité à abriter de l’eau liquide - une substance indispensable aux processus biochimiques. La première étape consiste donc à repérer des exoplanètes à une distance adéquate de leur étoile, dans une zone où l’eau ne gèle pas sous un froid extrême et ne s’évapore pas sous une chaleur excessive.

Annoncée en 2016, la découverte du système TRAPPIST-1 a immédiatement suscité l’enthousiasme pour cette raison. Cette naine rouge héberge sept exoplanètes à composition rocheuse (plutôt que des géantes gazeuses ou glacées), dont plusieurs se trouvent pile dans la zone habitable de l’étoile, propice à l’eau liquide.

Pourquoi l’atmosphère de TRAPPIST-1e est le point clé

Mais d’autres conditions doivent être remplies. Pour que l’eau liquide reste stable - et ne se sublime pas comme elle le ferait dans le vide, même à des températures compatibles avec l’habitabilité - une atmosphère est nécessaire afin de la maintenir.

C’est précisément là que le système TRAPPIST-1 devient délicat à analyser. Les naines rouges sont nettement plus froides que des étoiles comme le Soleil, ce qui rapproche fortement leur zone habitable. Elles sont aussi bien plus actives que les étoiles de type solaire, avec une activité d’éruptions (flare) intense qui, selon certaines hypothèses, aurait pu dépouiller les planètes proches de leur atmosphère.

Des examens plus poussés de TRAPPIST-1d, un autre monde situé dans la zone habitable de l’étoile, n’ont d’ailleurs révélé aucune trace d’atmosphère. TRAPPIST-1e, en revanche, se trouve dans une position un peu plus favorable, à une distance légèrement supérieure de son étoile.

Observations JWST : quatre transits pour traquer une enveloppe gazeuse

Une équipe dirigée par l’astronome Néstor Espinoza (Space Telescope Science Institute, STScI) et Natalie Allen (Johns Hopkins University, États-Unis) a utilisé le JWST pour étudier la lumière de TRAPPIST-1 au moment où TRAPPIST-1e passait devant le disque de l’étoile. Les chercheurs ont recherché des variations capables d’indiquer non seulement l’existence d’une atmosphère, mais aussi sa composition.

Une seconde équipe, menée par l’astrophysicienne Ana Glidden (MIT), a ensuite interprété ces résultats afin d’en déterminer la portée.

Au total, quatre transits ont été observés, puis les données ont été analysées - une étape rendue plus complexe par la nécessité de corriger toute contamination liée à l’activité de l’étoile.

Les conclusions, ou plutôt le niveau de certitude, ont de quoi frustrer : les mesures restent très ambiguës, mais suffisamment suggestives pour justifier des observations supplémentaires.

« Nous voyons deux explications possibles », explique l’astrophysicien Ryan MacDonald (University of St Andrews, Royaume-Uni). « La possibilité la plus enthousiasmante est que TRAPPIST-1e puisse posséder une “atmosphère secondaire” contenant des gaz lourds comme l’azote. Mais nos premières observations ne peuvent pas encore exclure un simple rocher nu, sans atmosphère. »

Ce que le spectre suggère : azote, traces de CO₂ et de méthane

Si l’exoplanète dispose bel et bien d’une atmosphère, Glidden et ses collègues ont franchi une première étape vers l’identification de ce qu’elle pourrait contenir.

Lorsque la lumière de l’étoile traverse l’atmosphère d’une planète, certaines longueurs d’onde peuvent être absorbées puis réémises par les atomes et molécules présents dans les gaz. En repérant, dans le spectre, les zones plus sombres et plus claires, les scientifiques peuvent remonter à l’identité de ces atomes et molécules.

Ici, les résultats s’écartent d’une forte concentration en dioxyde de carbone, ce qui tendrait à exclure des atmosphères comparables à celles de Vénus et de Mars. Ils ne privilégient pas non plus une atmosphère riche en deutérium (isotope de l’hydrogène) avec des composantes marquées de dioxyde de carbone et de méthane.

En revanche, le spectre reste compatible avec une atmosphère dominée par l’azote moléculaire, assortie de faibles quantités de dioxyde de carbone et de méthane.

L’idée a de quoi intriguer : l’atmosphère terrestre est composée à environ 78 % d’azote moléculaire. Si ces résultats se confirment, TRAPPIST-1e pourrait bien devenir l’exoplanète la plus semblable à la Terre identifiée à ce jour. Mais ce « si » est loin d’être anodin. Heureusement, d’autres observations JWST sont déjà prévues, et les chercheurs devraient pouvoir valider - ou écarter - l’existence d’une atmosphère dans un délai assez court.

« Nous en sommes vraiment encore aux débuts de l’apprentissage de tout ce que Webb peut nous permettre de faire comme science extraordinaire. C’est incroyable de mesurer les détails de la lumière d’une étoile autour de planètes de taille terrestre situées à 40 années-lumière et d’en déduire à quoi cela pourrait ressembler là-bas, et si la vie pourrait y être possible », affirme Glidden.

« Nous entrons dans un nouvel âge de l’exploration, et c’est très excitant d’en faire partie. »

Ces travaux sont publiés en deux parties dans The Astrophysical Journal Letters. Ils sont consultables ici et ici.