Dans une étude récente publiée dans le Lettres du journal astrophysiqueune équipe internationale de chercheurs dirigée par l’Université de Cologne en Allemagne a examiné comment les éruptions solaires déclenchées par l’étoile TRAPPIST-1 pourraient affecter le chauffage intérieur de ses exoplanètes en orbite.
Cette étude a le potentiel de nous aider à mieux comprendre comment les éruptions solaires affectent l’évolution planétaire. Le système TRAPPIST-1 est un système exoplanétaire situé à environ 39 années-lumière de la Terre avec au moins sept exoplanètes potentiellement rocheuses en orbite autour d’une étoile qui a 12 fois moins de masse que notre propre soleil. Étant donné que l’étoile mère est beaucoup plus petite que notre propre soleil, les orbites planétaires du système TRAPPIST-1 sont également beaucoup plus petites que notre propre système solaire. Alors, comment cette étude peut-elle nous aider à mieux comprendre l’habitabilité potentielle des planètes du système TRAPPIST-1 ?
« Si nous prenons la Terre comme point de départ, l’activité géologique a façonné toute la surface de la planète, et l’activité géologique est finalement entraînée par le refroidissement planétaire », a déclaré le Dr Dan Bower, géophysicien au Centre pour l’espace et l’habitabilité à l’Université de Berne et co-auteur de l’étude.
« La Terre a des éléments radioactifs à l’intérieur qui génèrent de la chaleur et permettent aux processus géologiques de persister au-delà de 4,5 Gyr. Cependant, la question se pose de savoir si toutes les planètes ont besoin d’éléments radioactifs pour entraîner des processus géologiques susceptibles d’établir un environnement de surface habitable permettant à la vie d’évoluer. Bien que certains autres processus puissent générer de la chaleur à l’intérieur d’une planète, ils sont souvent de courte durée ou nécessitent des circonstances particulières, ce qui ferait avancer l’hypothèse que l’activité géologique (et les environnements habitables ?) sont peut-être rares. »
Ce qui rend cette étude intrigante, c’est que TRAPPIST-1 est connue comme une étoile de type M, qui est beaucoup plus petite que notre soleil et émet beaucoup moins de rayonnement solaire.
« Les étoiles M (naines rouges) sont le type d’étoile le plus courant dans notre voisinage stellaire, et TRAPPIST-1 a attiré une attention considérable depuis qu’il a été découvert qu’il était en orbite autour de sept planètes de la taille de la Terre », a expliqué le Dr Bower.
« Dans notre étude, nous avons étudié l’impact des éruptions stellaires de TRAPPIST-1 sur le budget thermique intérieur des planètes en orbite et découvert que, en particulier pour les planètes les plus proches de l’étoile, le chauffage intérieur dû à la dissipation ohmique des éruptions est important et peut entraîner une activité géologique. De plus, le processus est de longue durée et peut persister sur des échelles de temps géologiques, permettant potentiellement à l’environnement de surface d’évoluer vers l’habitable, ou de passer par une série d’états habitables. Auparavant, l’influence des éruptions stellaires sur l’habitabilité était principalement considérée comme étant destructrice, par exemple en éliminant l’atmosphère protectrice qui enveloppe une planète. Nos résultats présentent une perspective différente, montrant comment les éruptions peuvent en fait favoriser l’établissement d’un environnement habitable près de la surface.
La dissipation ohmique, également connue sous le nom de perte ohmique, est définie comme « une perte d’énergie électrique due à la conversion en chaleur lorsqu’un courant traverse une résistance ». C’est essentiellement ce que les scientifiques ont utilisé pour calculer la quantité de chaleur perdue par une planète, également connue sous le nom de refroidissement planétaire, que tous les corps planétaires terrestres, même la Terre, rencontrent.
Les résultats de l’étude indiquent que le refroidissement planétaire se produisant sur les planètes TRAPPIST-1 est suffisant pour entraîner une activité géologique, ce qui conduirait à des atmosphères plus épaisses. Les modèles des chercheurs prédisent également que la présence d’un champ magnétique planétaire peut améliorer ces résultats de chauffage.
Récemment, le télescope spatial James Webb de la NASA a fait ses premières observations du système TRAPPIST-1, constatant que l’une des planètes de son système a une faible probabilité de posséder une atmosphère d’hydrogène comme les planètes gazeuses de notre propre système solaire. Cela pourrait indiquer qu’au moins une des planètes de TRAPPIST-1 pourrait posséder une atmosphère plus terrestre comme la Terre, Mars et Vénus. TRAPPIST-1 ayant un potentiel pour le domaine de l’astrobiologie, quelles recherches de suivi sont prévues pour cette étude ?
« Il y a deux avenues évidentes à poursuivre », explique le Dr Bower. « Premièrement, notre voisinage stellaire est dominé par les étoiles M, de sorte que les campagnes d’observation peuvent évaluer la nature flamboyante de beaucoup plus d’étoiles M en plus de TRAPPIST-1. Deuxièmement, une meilleure caractérisation du système planétaire TRAPPIST grâce à des observations et des modèles améliorera notre compréhension de la planète. Cela nous permettra d’affiner notre modèle en termes de savoir si les planètes ont un noyau de fer et si elles ont un grand manteau de silicate semblable à la Terre. »
« Nous prévoyons d’exécuter des simulations physiques plus élaborées pour mieux comprendre l’effet des champs magnétiques intrinsèques », a déclaré le Dr Alexander Grayver, qui est chef du groupe de recherche junior Heisenberg à l’Université de Cologne et auteur principal de l’étude. « L’objectif à long terme est de coupler notre modèle avec des modèles de formation et d’érosion de l’atmosphère. »
Plus d’information:
Alexander Grayver et al, Chauffage intérieur des exoplanètes rocheuses des éruptions stellaires avec application à TRAPPIST-1, Les lettres du journal astrophysique (2022). DOI : 10.3847/2041-8213/aca287