Principal AstronomieCombien de temps un monde rocheux peut-il résister aux explosions d'une étoile naine rouge?

Combien de temps un monde rocheux peut-il résister aux explosions d'une étoile naine rouge?

Astronomie : Combien de temps un monde rocheux peut-il résister aux explosions d'une étoile naine rouge?

Les étoiles naines rouges sont devenues un point central pour les études sur les exoplanètes ces derniers temps, et pour cause. Pour commencer, les étoiles de type M (nain rouge) sont le type le plus répandu dans notre univers, représentant 75% des étoiles de la seule Voie Lactée. En outre, au cours de la dernière décennie, de nombreuses exoplanètes terrestres (c.-à-d. Rocheuses) ont été découvertes en orbite autour d’étoiles naines rouges et dans leurs zones habitables circumstellaires («zones de Goldilocks»).

Cela a naturellement incité plusieurs études à déterminer si les planètes rocheuses peuvent ou non conserver leur atmosphère. La dernière étude vient de la NASA, utilisant des données obtenues par l'orbiteur Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN). Après avoir étudié l'atmosphère de Mars pendant des années pour déterminer comment et quand elle a été retirée, la mission MAVEN est bien adaptée pour mesurer le potentiel d'habitabilité d'autres planètes.

L'étude a été partagée le 13 décembre 2017 lors de la réunion d'automne de l'American Geophysical Union à la Nouvelle-Orléans, en Louisiane. Dans une présentation intitulée «Disciplines pour rechercher la vie au-delà de la Terre», une équipe de scientifiques et de chercheurs de la NASA de l’Université de Californie-Riverside et de l’Université du Colorado-Boulder a expliqué comment les informations tirées de la mission MAVEN pourraient être appliquées à la planètes rocheuses en orbite autour d'autres étoiles.

Représentation artistique d'un orage solaire frappant Mars et retirant des ions de la haute atmosphère de la planète. Crédits: NASA / GSFC

Lancée le 18 novembre 2013, la mission MAVEN a mis en orbite autour de Mars le 22 septembre 2014. Cette mission avait pour but d'explorer la haute atmosphère de la Planète Rouge, l'ionosphère et ses interactions avec le Soleil et le vent solaire, afin de quand et comment l'atmosphère de Mars, auparavant plus épaisse et plus chaude (et donc capable de supporter de l'eau liquide à la surface), est devenue mince et ténue aujourd'hui.

Depuis novembre 2014, MAVEN mesure la perte atmosphérique de Mars à l'aide de sa gamme d'instruments scientifiques. D'après les données obtenues, les scientifiques ont supposé que la majeure partie de l'atmosphère de la planète s'était perdue dans l'espace au fil du temps en raison d'une combinaison de processus chimiques et physiques. Et au cours des trois dernières années, l'activité du Soleil a augmenté et diminué, ce qui a permis à MAVEN de constater à quel point la perte atmosphérique dans Mars augmentait et diminuait en conséquence.

Pour cette raison, David Brain - professeur au Laboratoire de physique de l'atmosphère et de l'espace (LASP) à la CU Boulder est également un co-chercheur de MAVEN - et ses collègues ont commencé à réfléchir à la manière dont ces informations pourraient être appliquées à un hypothétique Mars-. comme la planète en orbite autour d'une étoile naine rouge. Ces planètes incluent Proxima b (l'exoplanète la plus proche de notre système solaire) et le système à sept planètes de TRAPPIST-1.

Comme Brain, il a expliqué dans un communiqué de presse récent de la NASA:

«La mission MAVEN nous a appris que Mars avait perdu d'importantes quantités de son atmosphère au fil du temps, modifiant ainsi l'habitabilité de la planète. Nous pouvons utiliser Mars, une planète sur laquelle nous connaissons beaucoup de choses, comme laboratoire d’étude de planètes rocheuses en dehors de notre système solaire, dont nous ne savons pas encore grand-chose. »

À un moment donné, Mars avait un champ magnétique semblable à la Terre, ce qui empêchait son atmosphère d'être détruite. Crédit: NASA

Pour déterminer si cette planète hypothétique pourrait conserver son atmosphère au fil du temps, les chercheurs ont procédé à des calculs préliminaires en supposant que cette planète serait positionnée près du bord extérieur de la zone habitable de l'étoile (comme l'est Mars). Étant donné que les nains rouges sont plus faibles que notre Soleil, la planète devrait orbiter beaucoup plus près de l'étoile - encore plus près que Mercure ne le fait pour notre Soleil - pour se situer dans cette zone.

Ils ont également examiné le fait qu'une proportion plus élevée de la lumière émise par les étoiles naines rouges se trouve dans la longueur d'onde ultraviolette. Combiné à une orbite rapprochée, cela signifie que la planète hypothétique serait bombardée d'environ 5 fois plus de rayons UV que le véritable Mars reçoit. Cela signifierait également que les processus responsables des pertes atmosphériques augmenteraient pour cette planète.

Sur la base des données obtenues par MAVEN, Brain et ses collègues ont pu estimer l’impact de cette augmentation de rayonnement sur les pertes atmosphériques de Mars. Sur la base de leurs calculs, ils ont découvert que l'atmosphère de la planète perdrait 3 à 5 fois plus de particules chargées par fuite d'ions, tandis qu'environ 5 à 10 fois plus de particules neutres seraient perdues par fuite photochimique (le radiaion UV séparant les molécules dans la partie supérieure). atmosphère).

Une autre forme de perte atmosphérique en résulterait également, du fait que plus de rayonnement UV signifie que plus de particules chargées seront créées. Cela aboutirait à un processus appelé «pulvérisation cathodique», au cours duquel des particules énergétiques sont accélérées dans l'atmosphère et entrent en collision avec d'autres molécules, en chassant certaines dans l'espace et en envoyant d'autres s'écraser sur les particules voisines.

Pour recevoir la même quantité de lumière stellaire que Mars reçoit de notre Soleil, une planète en orbite autour d'un nain rouge de type M devrait être positionnée beaucoup plus près de son étoile que Mercure ne l'est au Soleil. Crédit: Goddard Space Flight Center de la NASA

Enfin, ils ont envisagé comment une planète hypothétique pourrait avoir à peu près le même nombre d’échappées thermiques (ou Jeans escape) que le véritable Mars. Ce processus ne se produit que pour des molécules plus légères, telles que l'hydrogène, que Mars perd au sommet de son atmosphère par échappement thermique. Sur l'exo-Mars, toutefois, les émissions thermiques n'augmenteraient que si l'augmentation du rayonnement ultraviolet poussait davantage d'hydrogène dans la haute atmosphère.

En conclusion, les chercheurs ont déterminé qu’en orbite autour de la zone habitable d’une étoile silencieuse de type M (au lieu de notre Soleil), la période d’habitation d’une planète semblable à Mars pourrait être réduite d’un facteur 5 à 20 environ. étoile plus active de type M, la période habitable pourrait être réduite de 1 000 fois. De plus, l'activité de la tempête solaire autour d'une naine rouge, qui est des milliers de fois plus intense que celle de notre Soleil, serait également très contraignante.

Cependant, l’étude est basée sur la manière dont un exo-Mars se comporterait de la sorte et sur une étoile de type M, qui empilait par avance la probabilité d’habitabilité. Lorsque différentes planètes sont considérées, qui possèdent des facteurs atténuants que Mars n’a pas, les choses deviennent un peu plus prometteuses. Par exemple, une planète géologiquement plus active que Mars serait capable de reconstituer son atmosphère plus rapidement.

D'autres facteurs incluent l'augmentation de la masse, ce qui permettrait à la planète de conserver une plus grande partie de son atmosphère, et la présence d'un champ magnétique pour la protéger du vent stellaire. Bruce Jakosky, le chercheur principal de MAVEN à l'Université du Colorado (qui n'était pas associé à cette étude), a déclaré:

«L’inaccessibilité est l’un des sujets les plus importants de l’astronomie, et ces estimations démontrent un moyen d’exploiter ce que nous savons de Mars et du Soleil pour nous aider à déterminer les facteurs qui déterminent si des planètes dans d’autres systèmes pourraient convenir à la vie».

Plusieurs enquêtes ont révélé des preuves de planètes rocheuses gravitant autour d'une étoile naine rouge, ce qui soulève des questions sur leur habitabilité. Crédit: ESO / M. Kornmesser / N. Risinger (skysurvey.org).

Dans les années à venir, les astronomes et les chercheurs sur les exoplanètes espèrent en apprendre davantage sur les planètes en orbite autour des étoiles naines rouges à proximité. Ces efforts devraient être grandement facilités grâce au déploiement du télescope spatial James Webb, qui permettra de réaliser des études plus détaillées de ces systèmes stellaires grâce à ses capacités avancées d’imagerie infrarouge.

Ces études permettront aux scientifiques de placer des contraintes plus précises sur les exoplanètes en orbite autour des étoiles naines rouges, ce qui permettra d'obtenir de meilleures estimations de leur taille, de leur masse et de leur composition, autant d'éléments indispensables à la détermination du potentiel d'habitabilité.

Giada Arney et Katherine Garcia-Sage du Goddard Space Flight Center de la NASA et Stephen Kane de l'Université de Californie-Riverside ont également pris part aux exposés. Vous pouvez accéder aux documents de la conférence de presse en vous rendant au Goddard Media Studios de la NASA.

Lectures supplémentaires: NASA, AGU

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