La faible empreinte et la faible lumière des naines blanches, restes d’étoiles dont le carburant a été brûlé, peuvent constituer d’excellents décors pour étudier des planètes disposant de suffisamment d’eau pour abriter la vie.
L’astuce consiste à repérer l’ombre d’une planète sur une ancienne étoile qui s’est flétrie à une fraction de sa taille et à découvrir que c’est une planète qui a conservé ses océans d’eau pendant des milliards d’années, même après avoir surmonté les affres finales explosives et violentes de l’étoile. Une nouvelle étude de la dynamique des systèmes nains blancs suggère qu’en théorie, certaines planètes aquatiques pourraient en effet enfiler les aiguilles célestes nécessaires en attendant leur découverte et un examen plus approfondi.
Les astronomes scrutant les planètes situées en dehors de notre système solaire (appelées exoplanètes) à la recherche de signes potentiels de vie collectent des données pendant que ces planètes transitent par leur étoile ou passent entre l’étoile et nos télescopes. Ils utilisent la lumière de l’étoile qui traverse la fine couche de l’atmosphère des planètes pour leur indiquer quels éléments et molécules sont présents.
Une énorme étoile en proie à une fusion nucléaire à pleine puissance peut être compliquée et difficile à observer. Ainsi, trouver une planète en orbite autour d’une naine blanche plus petite et plus douce représente moins l’équivalent astronomique du strabisme.
« Les naines blanches sont si petites et si dépourvues de caractéristiques que si une planète tellurique passait devant elles, on pourrait en fait mieux caractériser son atmosphère », explique Juliette Becker, professeur d’astronomie à l’Université du Wisconsin-Madison et auteur principal de l’étude. étude, qui est en cours d’examen chez AAS Journals et a été présentée à Madison au 244e réunion de l’American Astronomical Society. « L’atmosphère de la planète aurait un signal beaucoup plus grand et plus clair, car une plus grande fraction de la lumière que vous voyez traverse exactement ce que vous souhaitez étudier. »
Le premier obstacle majeur pour une telle planète serait de survivre aux derniers jours (relativement parlant) d’une étoile de taille petite à moyenne. Parce qu’ils peuvent être durs.
Lorsque des étoiles comme notre Soleil manquent de carburant à l’origine des réactions de fusion de leur noyau, elles atteignent une taille énorme.
« Il y a essentiellement deux impulsions au cours desquelles l’étoile grandit jusqu’à atteindre 100 fois son rayon normal », explique Becker. « Pendant ce temps – nous pouvons appeler cette partie la phase de destruction n°1 – il engloutira toutes les planètes qui se trouvent dans ce rayon. »
Même si une planète abritant de l’eau échappe à l’engloutissement, elle n’est pas sortie du bois enflammé. La croissance bombée de l’étoile est suivie d’une perte de sa masse et d’un énorme pic de luminosité.
« Le fait que l’étoile devienne beaucoup plus brillante signifie que toutes les planètes du système, même celles qui étaient froides dans le système solaire externe, verront soudainement leur température de surface augmenter de manière drastique », explique Becker. « Cela peut évaporer leurs océans et leur coûter beaucoup d’eau. »
Ainsi, une planète semblable à la Terre doit se situer à au moins environ 5 à 6 unités astronomiques (1 UA étant la distance moyenne entre la Terre et notre soleil) de son étoile mourante pour retenir une quantité appréciable de son eau à travers le gonflement de l’étoile et le la consommation de planète et le bombardement léger, selon la nouvelle étude.
Mais le calme après la tempête constitue un autre obstacle. Au cours d’un milliard d’années ou plus, l’étoile autrefois déchaînée rétrécira et se refroidira.
« Si vous pouvez être suffisamment loin pendant cette période dangereuse pour ne pas perdre vos eaux de surface, c’est bien », dit Becker. « Mais l’inconvénient est que vous serez si loin de l’étoile que toute l’eau sera de la glace, et ce n’est pas bon pour la vie. »
À terme, la naine blanche sera si petite et si froide qu’une planète recevant suffisamment de chaleur pour avoir de l’eau liquide devrait se trouver à plus de 1 % d’une unité astronomique, soit très loin de la ligne de sécurité de 5 à 6 UA.
Une façon de déplacer autant l’orbite d’une planète, appelée migration de marée, pourrait aider.
« Le changement d’orbite d’une planète est assez normal », explique Becker. « Dans la migration des marées, une certaine instabilité dynamique entre les planètes du système place l’une d’entre elles sur une orbite à haute excentricité, comme une comète, où elle se rapproche très près du corps central du système, puis s’en éloigne à nouveau. »
Ces types d’orbites s’installeront sur des trajectoires moins excentriques et plus stables qui pourraient laisser une planète très proche d’une naine blanche.
« Si vous rassemblez tous ces modèles, vous voyez que c’est un voyage périlleux pour la planète et difficile pour les océans de survivre à ce processus, mais c’est possible », explique Becker, dont les collaborateurs incluent Andrew Vanderburg, du Massachusetts Institute of Technology. Astrophysicien technologique qui était récemment professeur à l’UW-Madison et Joseph Livesey, étudiant diplômé de l’UW-Madison.
Des travaux supplémentaires sur les circonstances des appariements potentiels entre naines blanches et planètes aideraient à renforcer les chances et à guider la prise de décision lorsqu’il sera temps de distribuer des ressources limitées de télescopes pour rechercher des planètes susceptibles de supporter la vie.
« Si nous trouvons un grand nombre de naines blanches qui sont de bonnes candidates pour héberger des exoplanètes potentiellement habitables, cela pourrait en valoir la peine », explique Becker. « Et ces techniques théoriques nous aideront à séparer les meilleures cibles, afin de ne pas consacrer trop de temps aux plus inintéressantes. »