Exoplanètes : et si la poussière jouait finalement un rôle crucial dans l’habitabilité ?

Au moment d’identifier des exoplanètes potentiellement habitables, de nombreuses variables entrent en considération. La première est l’emplacement de la planète, elle doit se trouver dans la zone habitable, c’est à dire à la bonne distance de son étoile pour pouvoir contenir de l’eau liquide. Mais le climat peut être influencé également par le type de terrain à la surface, ou encore la présence ou non de nuages. Dans une étude parue dans Nature Communications le 12 juin, une équipe de chercheurs britanniques invoque une nouvelle dimension qui avait jusque là était laissée de côté : la poussière. Dans leur étude, ils décrivent comment la poussière minérale, c’est à dire les fins aérosols issus du terrain sans végétation qui peuvent se retrouver dans l’atmosphère, jouent un rôle crucial dans le climat des exoplanètes.

Il faut dire que cette variable ne sort pas de nulle part. Dans notre Système Solaire il y a déjà quelques exemples avec une poussière très répandue dans l’atmosphère de Vénus, ou encore dans celle de Mars là où elle joue un rôle sur les nombreuses tempêtes que l’on peut retrouver sur la planète rouge. Sur Terre, une étude parue en 2002 avait déjà émis l’hypothèse que la poussière aurait joué un rôle important dans la fin des ères glaciaires et influencé le climat planétaire sur le long terme. « La modélisation d’exoplanètes est une discipline encore en construction, précise Ian Boutle, l’auteur principal de l’étude de l’Université d’Exeter. Il y a encore beaucoup de variables qui n’ont pas été prises en compte et c’est crucial d’avancer un pas après l’autre, surtout quand on manque d’observations pour valider. »

Synchrone ou asynchrone ?

Partant de ça, les auteurs ont créé des simulations informatiques. Ils ont imaginé deux planètes similaires à la Terre, avec la même atmosphère notamment, car les effets de ce mélange d’hydrogène et d’azote sont bien connus. La différence entre les deux planètes est que la première tourne autour de son étoile comme le fait la Terre, mais la deuxième est en rotation synchrone, c’est à dire qu’elle présente toujours la même face à son étoile. Les planètes en rotation synchrone sont particulièrement intéressantes à étudier, d’abord parce qu’elles sont très fréquentes autour des naines blanches, et nombreuses à se trouver dans leur zone habitable, mais aussi parce que leur configuration fait que les effets observables sur la Terre ou sur d’autres planètes à la rotation similaire ne sont pas forcément les mêmes. Ils ont ensuite fait deux simulations pour chaque planète: une avec de la poussière et une sans.

Schémas de l'influence de la poussière sur divers types de planètes.

Source : Nature Communications

Tout de suite, les différences sautent aux yeux. Sur les planètes à rotation asynchrone, comme la Terre, la poussière refroidit l’ensemble de la planète car elle absorbe les radiations solaires et annule l’effet de serre. En revanche, là où la rotation est synchrone, la circulation de l’air ne se fait pas de la même manière et cette fois, la poussière refroidit beaucoup plus la partie exposée à l’étoile avec le même mécanisme d’annulation de l’effet de serre. Et pour ce qui est de la partie « nuit », elle est au contraire réchauffée car la poussière n’a pas de rayons solaires à refléter et empêche la chaleur de s’échapper de la surface. « Sur la Terre et sur Mars, c’est le refroidissement qui gagne, résume Ian Boutle, mais sur les planètes à rotation synchrone l’effet est très différent et les extrêmes sont modérés ce qui rend les planètes plus habitables. »

« Sur la Terre et sur Mars, c’est le refroidissement qui gagne, (…) mais sur les planètes à rotation synchrone les extrêmes sont modérés. »

Conséquence: les planètes à rotation synchrone qui, théoriquement, seraient trop loin de leur étoile et donc trop froides pourraient en réalité être habitables grâce à la poussière qui maintient la chaleur. Au contraire, pour les planètes un peu trop proches de leur étoile, la poussière ralentit l’évaporation de l’eau et permet à la planète de rester habitable, même si le modèle théorique la considère comme trop chaude pour maintenir de l’eau liquide à sa surface. En résumé, la zone habitable est devenue plus grande lorsqu’il y a de la poussière.

Un résultat qui n’est valable que pour les planètes à rotation synchrone car, sur les autres, la circulation de l’air et de la chaleur est plus complexe et dépend davantage du ratio terre/eau et du relief, il est donc difficile de connaître l’influence exacte de la poussière.

Vue d'artiste de l'exoplanète Kepler-1649c en orbite autour de son étoile.

Source : NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter (photo recadrée)

Les auteurs espèrent donc que la poussière pourra être prise en compte lors des observations d’exoplanètes à l’heure où les recherches pour trouver une planète habitable s’intensifient. Mais il y a un mais. Comment faire pour identifier une planète où il y a de la poussière ? Les outils d’observations, y compris ceux de la future génération, ne permettent pas encore une telle précision. Ils ont donc essayé de simuler de telles observations, pour savoir quel spectre devenait visible lorsque l’on ajoutait de la poussière sur une exoplanète. Et là, les résultats posent quelques problèmes puisqu’ils concluent que la poussière est bien visible, et même un peu trop.

La poussière masque les traces de vie

En effet, certains marqueurs comme le méthane et l’ozone sont dorénavant masqués, même dans les simulations où la poussière était relativement peu présente. Et il se trouve que ces gaz sont justement des marqueurs essentiels pour estimer qu’une planète peut ou non accueillir la vie. En découvrir sur une exoplanète soulève d’importants espoirs. S’ils sont cachés derrière un nuage de poussière, les recherches s’avèreront difficiles. Des observations pourraient être mal interprétées car les chercheurs ne verraient qu’une planète rocheuse sans vie et sans eau, alors qu’en réalité, tous ces éléments seraient cachés derrière la poussière. « Nous n’avons pas de solution pour résoudre ce problème, reconnaît Ian Boutle. L’idéal serait d’observer davantage de transits de planètes avec des télescopes plus puissants, mais c’est une méthode très chère et très chronophage. »

L’occasion pour les auteurs de soutenir une plus vaste collaboration entre les astronomes qui observent directement le ciel, et les scientifiques qui construisent des modèles théoriques. Pour l’auteur, la méthode doit évoluer: « Typiquement, les observateurs trouvent quelque chose et ceux qui font des modélisations doivent les expliquer et les comprendre. Nous aimerions que ça aille aussi dans l’autre sens et que les modélisations servent à trouver ce que nous devons chercher ». Même avec la future génération de télescopes, les propriété de l’atmosphère d’une planète restent inaccessibles et seules des modélisations climatiques peuvent permettre de voir à travers. Et comme même avec une technologie très avancée, le temps d’observation reste une denrée rare, les mesures théoriques devraient rester une composante essentielle dans les prochaines années des recherches astronomiques.