Le réchauffement des marées pourrait rendre les exomoons beaucoup plus habitables (et détectables)

Au sein du système solaire, la plupart de nos recherches astrobiologiques visent Mars, qui est considérée comme le corps le plus habitable au-delà de la Terre. Cependant, les efforts futurs visent à explorer des satellites glacés dans le système solaire externe qui pourraient également être habitables (comme Europe, Encelade, Titan, etc.). Cette dichotomie entre les planètes terrestres (rocheuses) qui orbitent dans les zones habitables (HZ) de leur système et les lunes glacées qui orbitent plus loin de leurs étoiles mères devrait éclairer les futures enquêtes sur les planètes extrasolaires et la recherche en astrobiologie.

En fait, certains pensent que les exomoons peuvent jouer un rôle vital dans l’habitabilité des exoplanètes et pourraient également être un bon endroit pour rechercher la vie au-delà du système solaire. Dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs a étudié comment l’orbite des exomoons autour de leurs corps parents pourrait entraîner (et limiter) le réchauffement des marées – où l’interaction gravitationnelle conduit à une activité géologique et à un réchauffement à l’intérieur. Ceci, à son tour, pourrait aider les chasseurs d’exoplanètes et les astrobiologistes à déterminer quelles exomoons sont les plus susceptibles d’être habitables.

La recherche a été menée par l’étudiant diplômé Armen Tokadjian et le professeur Anthony L. Piro de l’Université de Californie du Sud (USC) et des observatoires de la Carnegie Institution for Science. L’article qui décrit leurs découvertes (« Tidal Heating of Exomoons in Resonance and Implications for Detection ») est récemment apparu en ligne et a été soumis pour publication dans le Journal astronomique. Leur analyse a été largement inspirée par la présence de systèmes lunaires multiplanétaires dans le système solaire, tels que ceux qui orbitent autour de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

Dans de nombreux cas, on pense que ces lunes glacées ont des océans intérieurs résultant du réchauffement des marées, où l’interaction gravitationnelle avec une planète plus grande conduit à une action géologique à l’intérieur. Ceci, à son tour, permet aux océans liquides d’exister en raison de la présence d’évents hydrothermaux à la frontière noyau-manteau. La chaleur et les produits chimiques que ces évents libèrent dans les océans pourraient rendre ces « mondes océaniques » potentiellement habitables, ce que les scientifiques espèrent étudier depuis des décennies. Comme Tokadjian l’a expliqué à Universe Today par e-mail :

« En termes d’astrobiologie, le réchauffement des marées peut augmenter la température de surface d’une lune à une plage où l’eau liquide peut exister. Ainsi, même les systèmes en dehors de la zone habitable peuvent justifier d’autres études astrobiologiques. Par exemple, Europe abrite un océan liquide en raison des interactions des marées. avec Jupiter, bien qu’il se trouve en dehors de la ligne de glace du système solaire. »

Compte tenu de l’abondance des « mondes océaniques » dans le système solaire, il est probable que des planètes et des systèmes multi-lunes similaires puissent être trouvés dans toute notre galaxie. Comme Piro l’a expliqué à Universe Today par e-mail, la présence d’exomoons a de nombreuses implications importantes pour la vie, notamment :

Au cours des dernières décennies, les géologues et les astrobiologistes ont émis l’hypothèse que la formation de la lune (il y a environ 4,5 milliards d’années) a joué un rôle majeur dans l’émergence de la vie. Notre champ magnétique planétaire est le résultat de la rotation de son noyau externe en fusion autour d’un noyau interne solide et dans le sens opposé à la rotation de la planète. La présence de ce champ magnétique protège la Terre des rayonnements nocifs et c’est ce qui a permis à notre atmosphère de rester stable dans le temps – et non lentement dépouillée par le vent solaire (ce qui était le cas avec Mars).

En bref, les interactions entre une planète et ses satellites peuvent affecter l’habitabilité des deux. Comme Tokadjian et Piro l’ont montré dans un article précédent utilisant deux exoplanètes candidates comme exemple (Kepler-1708 bi et Kepler-1625 bi), la présence d’exolunes peut même être utilisée pour explorer l’intérieur des exoplanètes. Dans le cas des systèmes multi-lunes, ont déclaré Tokadjian et Piro, la quantité de réchauffement des marées dépend de plusieurs facteurs. Comme l’illustre Piro :

« Lorsqu’une planète augmente les marées sur une lune, une partie de l’énergie stockée par la déformation est transférée pour chauffer la lune. Ce processus dépend de nombreux facteurs, notamment la structure intérieure et la taille de la lune, la masse de la planète, la planète -la séparation de la lune et l’excentricité orbitale de la lune. Dans un système à plusieurs lunes, l’excentricité peut être excitée à des valeurs relativement élevées si les lunes sont en résonance, ce qui entraîne un réchauffement important des marées.

« Dans le travail d’Armen, il montre bien, par analogie avec le réchauffement des marées que nous voyons pour Io autour de Jupiter, que les interactions résonnantes entre plusieurs lunes peuvent efficacement chauffer les exolunes. Par « résonant », nous entendons le cas où les périodes des lunes obéissent à un entier multiples (comme 2 contre 1 ou 3 contre 2) de sorte que leurs orbites gravitationnelles se « coupent » régulièrement. »

Dans leur article, Tokadjian et Piro ont considéré les lunes dans une résonance orbitale 2: 1 autour de planètes de taille et de type variables (c’est-à-dire des planètes rocheuses plus petites aux géantes gazeuses de type Neptune et Super-Jupiters). Selon leurs résultats, le plus grand réchauffement des marées se produira dans les lunes qui orbitent autour de planètes rocheuses semblables à la Terre avec une période orbitale de deux à quatre jours. Dans ce cas, la luminosité de la marée était plus de 1000 fois supérieure à celle de Io et la température de la marée atteignait 480 K (~ 207 ° C; 404 ° F).

Ces découvertes pourraient avoir des implications drastiques pour les futures enquêtes sur les exoplanètes et l’astrobiologie, qui s’étendent pour inclure la recherche d’exomoons. Alors que des missions comme Kepler ont détecté de nombreux candidats exomoons, aucun n’a été confirmé car les exomoons sont incroyablement difficiles à détecter à l’aide de méthodes conventionnelles et d’instruments actuels. Comme l’a expliqué Tokadjian, le réchauffement des marées pourrait offrir de nouvelles méthodes de détection des exolunes :

« Premièrement, nous avons la méthode de l’éclipse secondaire, qui se produit lorsqu’une planète et sa lune se déplacent derrière une étoile, ce qui entraîne une baisse du flux stellaire observé. Si la lune est considérablement chauffée, cette baisse secondaire sera plus profonde que ce qui est attendu du planète seule. Deuxièmement, une lune chauffée expulsera probablement des substances volatiles comme le sodium et le potassium par le volcanisme, un peu comme dans le cas d’Io. La détection des signatures de sodium et de potassium dans les atmosphères des exoplanètes peut être un indice de l’origine de l’exomoune.

Dans les années à venir, les télescopes de nouvelle génération comme le James Webb (qui publiera ses premières images le 12 juillet) s’appuieront sur leur combinaison d’optique avancée, d’imagerie IR et de spectromètres pour détecter les signatures chimiques des atmosphères d’exoplanètes. D’autres instruments comme l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO s’appuieront sur l’optique adaptative qui permettra l’imagerie directe des exoplanètes. La capacité à détecter les signatures chimiques des exomoons augmentera considérablement leur capacité à trouver des signes potentiels de vie.