Nous en sommes encore aux premiers jours de la recherche d’une vie ailleurs. Le rover Persévérance est en route vers un paléo-delta sur Mars pour rechercher des signes fossilisés de vie bactérienne ancienne. SETI a observé le ciel avec des antennes paraboliques, écoutant les signaux des mondes lointains. Nos télescopes commencent à scanner les atmosphères d’exoplanètes lointaines à la recherche de biosignatures.
Bientôt, nous ferons un autre pas en avant dans la recherche lorsque de nouveaux et puissants télescopes commenceront à chercher non seulement la vie mais aussi d’autres civilisations.
La recherche de biosignatures prend de l’ampleur. Si nous pouvons trouver des indices atmosphériques de vie sur une autre planète ou lune – des choses comme le méthane et l’oxyde nitreux et une foule d’autres composés chimiques – alors nous pouvons nous demander si les êtres vivants les ont produits. Mais la recherche de technosignatures relève le niveau du jeu. Seule une civilisation technologique peut produire des technosignatures.
Les technosignatures sont simplement les effets de la technologie sur un environnement. La lumière des villes massives, des produits chimiques atmosphériques particuliers et même des satellites en orbite autour d’une planète sont tous des technosignatures. L’ancêtre de toutes les technosignatures est probablement la sphère Dyson. Une sphère Dyson est une mégastructure hypothétique entourant une étoile et captant sa production d’énergie solaire. L’idée est qu’à mesure qu’une civilisation grandit, ses besoins énergétiques augmentent, et la seule façon de rassembler l’énergie dont la civilisation a besoin est d’entourer son étoile d’une sphère de collecte d’énergie.
En 2021, les Académies nationales des sciences ont publié leur enquête décennale sur l’astronomie et l’astrophysique 2020, appelée Astro2020. Ils en publient un tous les 10 ans, et chaque enquête décrit les défis critiques de l’astrophysique et de l’astronomie pour la prochaine décennie. Astro2020 contient plusieurs recommandations qui peuvent faire avancer la recherche de technosignatures. Un groupe de travail de la NASA a publié un livre blanc explorant la partie technosignature d’Astro2020.
L’article s’intitule « Opportunités pour la science de la technosignature dans le rapport Astro2020 ». Il provient de Nexus for Exoplanet System Science (NExSS). NExSS est un groupe multidisciplinaire qui comprend des scientifiques de la Terre, des scientifiques planétaires, des héliophysiciens et des astrophysiciens. Ils apportent une approche collaborative et synthétisée à la recherche de biosignatures et technosignatures.
« Les technosignatures font référence à toutes les manifestations observables de la technologie extraterrestre, et la recherche de technosignatures fait partie du continuum de la recherche astrobiologique de biosignatures », indique le document. « La recherche de technosignatures est directement pertinente pour le thème » World and Suns in Context « et le programme » Pathways to Habitable Worlds « dans le rapport Astro2020. »
Le livre blanc vise à « … démontrer la pertinence de la science des technosignatures pour un large éventail de missions… » Le groupe NExSS exhorte la communauté scientifique au sens large à inclure la recherche de technosignatures dans la conception et la mise en œuvre de projets tels que LUVOIR, ELT, infrarouge et Observatoires de rayons X et autres installations similaires.
LUVOIR (Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor) est un concept de télescope de la NASA en deux tailles proposées. LUVOIR-A est une conception de miroir de 15 mètres et LUVOIR-B est une conception de huit mètres. Grâce à ses capacités multi-longueurs d’onde, c’est une conception puissante et polyvalente avec de nombreuses applications. Il serait situé à L2 mais serait utilisable comme Hubble l’était.
ASTRO2020 se concentre sur l’aspect biosignature de LUVOIR dans la recherche de planètes habitables, mais il mentionne les technosignatures à quelques reprises. Les auteurs de ce nouveau livre blanc soulignent que LUVOIR serait un outil efficace dans la recherche de technosignatures. « La pollution industrielle représente une classe de constituants atmosphériques sur Terre qui pourraient éventuellement être des technosignatures si elles sont observées dans le spectre d’une exoplanète », écrivent-ils. « Un exemple est le dioxyde d’azote (NO2), qui a de grandes sources sur Terre provenant de la combustion qui sont plus importantes que les sources non anthropiques. »
Le NO2 constitue une bonne étude de cas dans les scénarios de détection. Des niveaux élevés de NO2 dans l’atmosphère d’une planète peuvent indiquer une activité industrielle. Mais il existe aussi des sources naturelles, et toute détection devrait être étudiée avec soin en cas de faux positifs. C’est le même problème auquel les détections de biosignature sont confrontées : elles doivent être sans ambiguïté. Mais qu’un signal soit un faux positif ou non, il doit d’abord être détecté.
Les auteurs du livre blanc pensent que LUVOIR peut détecter le NO2, et pour renforcer leur cas, ils citent des études antérieures montrant que LUVOIR pourrait détecter avec succès le NO2 dans les atmosphères des exoplanètes. « Une étude de Kopparapu et al. (2021) a montré que les caractéristiques d’absorption du NO2… pouvaient être détectables avec le Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor. Kopparapu et al. (2021) ont découvert qu’un télescope de type LUVOIR de 15 m pouvait détecter la Terre- comme des niveaux de NO2 pour une planète autour d’une étoile semblable au soleil à 10 PC (~ 33 années-lumière) avec ~ 400 heures d’observation. »
Le livre blanc explique également comment LUVOIR pourrait détecter des technosignatures plus ciblées comme les signaux laser et les balises optiques. « Les balises optiques pourraient fournir un moyen rentable de communication dirigée entre les systèmes exoplanétaires, qui pourrait être codé et transmis par des impulsions rapides de nanosecondes », indique le document. LUVOIR pourrait également y contribuer en plaçant « … des contraintes sur la prévalence des balises optiques et d’autres signaux laser pulsés ».
Les auteurs couplent la détection des balises optiques avec la détection et la caractérisation des planètes rocheuses habitables et disent que LUVOIR est un outil puissant pour ces détections. « Les missions spatiales telles que le télescope IR/O/UV pourraient fournir des contraintes de détectabilité sur la prévalence des balises optiques dans les systèmes exoplanétaires », écrivent-ils. « … des balises optiques de relativement faible puissance pourraient être détectables avec le télescope IR/O/UV pour la plupart ou toutes les cibles où la caractérisation des planètes rocheuses dans la HZ est également possible. »
Les télescopes extrêmement grands (ELT) peuvent également jouer un rôle dans la recherche de technosignatures. Un ELT est un télescope avec un miroir primaire de plus de huit mètres environ. Huit mètres est une limitation de conception car les miroirs de télescope plus grands que cela sont lourds et se déforment. Les ELT contournent cette limitation physique avec des miroirs segmentés. L’European Extremely Large Telescope (E-ELT) est l’exemple le plus connu d’ELT et devrait voir le jour en 2027, mais le livre blanc mentionne explicitement deux autres ELT.
L’un est le télescope géant de Magellan (GMT) et l’autre est le télescope de trente mètres (TMT). Ensemble, les ELT qui verront la première lumière au cours de la prochaine décennie seront de puissants moteurs pour faire avancer les objectifs scientifiques. Le livre blanc développe le rôle des ELT dans la chasse aux technosignatures.
« Le GMT et le TMT sont des projets en cours qui se développent depuis de nombreuses années », indique le journal. « Ces installations au sol pourraient être capables de caractériser les atmosphères des planètes telluriques découvertes par des missions telles que TESS et CHEOPS à des longueurs d’onde optiques et proches de l’infrarouge. »
Les naines rouges sont le type d’étoile le plus répandu, mais leur lumière est plus faible, ce qui en fait des cibles plus difficiles. Le GMT et le TMT devraient pouvoir étudier les atmosphères des exoplanètes autour des naines rouges. « Les technosignatures spectrales possibles telles que la pollution atmosphérique et les balises optiques… pourraient également être limitées par les observations de systèmes exoplanétaires par les ELT. »
Le livre blanc parle également de sondes infrarouge lointain (FIR). Il y a des lacunes dans nos capacités d’observation, et les sondes FIR sont l’une de ces lacunes. Pour être efficaces, elles doivent être basées dans l’espace et pourraient jouer un rôle crucial dans la recherche de technosignatures. « … la gamme de longueurs d’onde susmentionnée est passionnante pour le soi-disant artefact SETI, dont l’exemple le plus connu est les sphères Dyson, les mégastructures de récupération d’énergie conçues par Olaf Stapledon et formalisées par leur éponyme Freeman Dyson. »
En 1960, Dyson a publié son article « Recherche de sources stellaires artificielles de rayonnement infrarouge ». Comme le titre l’indique clairement, le rayonnement infrarouge est essentiel pour détecter ce type de mégastructure. Une sphère Dyson récolterait une énorme quantité d’énergie, une quantité presque inconcevable, et le processus produirait sans aucun doute de la chaleur perdue. Une sonde FIR peut ne pas détecter la chaleur résiduelle en raison des longueurs d’onde impliquées, mais elle pourrait exclure d’autres sources FIR et rationaliser la recherche. « Cependant, une sphère Dyson n’aurait généralement pas beaucoup d’émission dans l’infrarouge lointain, contrairement à la poussière. Ainsi, les capacités de l’IR lointain offrent un moyen de réduire considérablement le problème des facteurs de confusion tels que les disques protoplanétaires. »
Les sondes infrarouges peuvent également détecter des produits chimiques spécifiques dans les atmosphères d’exoplanètes qui sont de fortes indications d’activité industrielle. Les chlorofluorocarbures sont une classe de produits chimiques. « … aucune des voies abiotiques ou biologiques (mais non technologiques) opérant aujourd’hui ne peut donner lieu à des chlorofluorocarbures (CFC) », indique le livre blanc. Les auteurs disent que la spectroscopie IR pourrait détecter les CFC, qui peuvent persister dans une atmosphère pendant des dizaines de milliers d’années. Le télescope spatial James Webb peut détecter les CFC dans certains cas, mais il a beaucoup d’autres tâches.
Plus profondément dans le livre blanc, les choses deviennent un peu troubles. Les sondes à rayons X pourraient détecter les technosignatures, mais les auteurs affirment que le sujet mérite une enquête plus approfondie. Ils disent que les rayons X ne sont « … pas un ‘messager’ prometteur pour les signaux artificiels des ETI puisque ces derniers sont classiquement associés aux longueurs d’onde radio (et optiques) ». Mais les rayons X intriguent toujours en raison des nouvelles façons dont une civilisation avancée pourrait les utiliser pour créer des signaux.
« Si une roche de la taille d’un kilomètre devait être projetée sur la surface d’une étoile à neutrons, cela pourrait entraîner une impulsion intense de rayons X d’environ 1029 W qui pourrait être détectable dans toute la Voie lactée. » Cela peut sembler exagéré, mais qui sait ? Ils disent également qu’une civilisation avancée pourrait utiliser leur technologie pour moduler les sources de rayons X existantes comme les binaires à rayons X pour envoyer des signaux.
Le livre blanc couvre également la radioastronomie, le fond cosmique des micro-ondes et la synchronisation des pulsars. Selon les auteurs, chacun d’entre eux peut faire partie de notre recherche de technosignatures.
Ce livre blanc est un plaidoyer scientifique. Le rapport ASTRO2020 relègue la recherche de technosignatures aux annexes du rapport, et les auteurs du livre blanc espèrent rehausser son importance.
« Les observations de technosignature peuvent souvent être menées commensally avec d’autres observations, et de nombreuses recherches de technosignature peuvent être menées sans modifier l’architecture de mission recommandée », écrivent les auteurs dans la conclusion du livre blanc.
Ils soulignent que l’inclusion de la recherche de technosignatures n’entraînerait aucune dépense supplémentaire et que la possibilité de trouver des technosignatures est trop importante pour être ignorée.
« Ce livre blanc recommande que toutes les missions et installations décrites ci-dessus envisagent d’inclure la recherche de technosignatures dans le cadre du cas scientifique explicitement énoncé. »
Jacob Haqq-Misra et al, Opportunités pour la science de la technosignature dans le rapport Astro2020. arXiv:2203.08968v1 [astro-ph.IM], arxiv.org/abs/2203.08968