Si les planètes voyous sont partout, comment pourrions-nous les explorer ?

À un moment donné, les astronomes pensaient que les planètes se formaient sur leurs orbites actuelles, qui restaient stables dans le temps. Mais des observations, des théories et des calculs plus récents ont montré que les systèmes planétaires sont sujets à des bouleversements et à des changements. Périodiquement, les planètes sont chassées de leurs systèmes stellaires pour devenir des « planètes voyous », des corps qui ne sont plus gravitationnellement liés à aucune étoile et qui dérivent dans le milieu interstellaire (ISM). Certaines de ces planètes peuvent être des géantes gazeuses avec des lunes glacées étroitement liées en orbite autour d’elles, qu’elles pourraient apporter avec elles dans l’ISM.

Comme Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, ces satellites pourraient avoir des intérieurs d’eau chaude qui pourraient soutenir la vie. D’autres recherches ont indiqué que les planètes rocheuses avec beaucoup d’eau à leur surface pourraient également soutenir la vie grâce à une combinaison d’activité géologique et de désintégration des radionucléides. Selon un article récent d’une équipe internationale d’astronomes, il pourrait y avoir des centaines de planètes voyous dans notre voisinage cosmique. Sur la base de leur toute première analyse de faisabilité, ils indiquent également que les missions dans l’espace lointain pourraient explorer ces objets non liés plus facilement que les planètes encore liées à leurs étoiles.

La recherche a été dirigée par Manasvi Lingam, professeur adjoint au Département des sciences aérospatiales, physiques et spatiales du Florida Institute of Technology et de l’Institute for Fusion Studies de l’Université du Texas à Austin. Il était accompagné d’Andreas M. Heinc, chercheur au Centre interdisciplinaire pour la sécurité, la fiabilité et la confiance (SnT) de l’Université du Luxembourg et à l’Initiative for Interstellar Studies (i4is) ; et T. Marshall Eubanks, scientifique en chef chez Space Initiatives Inc. Leur article, intitulé « Chasing nomadic worlds: A new class of deep space missions », a récemment été publié dans Acta Astronautique.

Comme Lingam et ses collègues le notent dans leur article, les objets interstellaires (ISO) sont un domaine d’étude séculaire qui était déjà très actif dans les années 1970. Cependant, la détection de ‘Oumuamua en 2017, la première rencontre enregistrée avec un ISO, suivie de la détection de 2I/Borisov en 2019, a placé ce domaine au premier plan de la recherche scientifique. Des recherches ultérieures ont révélé des cas antérieurs où de plus petits objets interstellaires et météores sont venus sur Terre, permettant de limiter leur abondance.

Un de ces objets (CNEOS 2014-01-08) a été trouvé dans le catalogue de météores du Center for Near Earth Object Studies (CNEOS) de la NASA par les astrophysiciens de Harvard Amir Siraj et le professeur Avi Loeb (ancien mentor du professeur Lingam). Selon le CNEOS, ce météore interstellaire a atterri dans le Pacifique Sud au large de la Papouasie-Nouvelle-Guinée en 2014. Le projet Galileo (dirigé par le professeur Loeb) a monté une campagne de récupération d’échantillons l’année dernière, qui a récupéré des centaines de sphérules métalliques des restes du météore. au fond de l’océan (360 et plus).

Cependant, Lingam et ses collègues étudient la possibilité d’étudier des objets beaucoup plus grands. Les recherches des années 1990 ont prédit que les expériences de microlentilles gravitationnelles pourraient permettre la détection de planètes extrasolaires, y compris celles qui ne sont liées à aucune étoile. Cela a depuis été confirmé par des enquêtes qui ont mesuré la distribution des planètes voyous, indiquant qu’elles sont probablement répandues dans notre galaxie. Cela comprend une paire d’études dirigées par David Bennett, chercheur scientifique principal à la direction des missions scientifiques (SMD) de la NASA Goddard.

Les documents d’étude, qui doivent paraître dans le Journal astronomique, suggèrent qu’il pourrait y avoir des milliards de planètes voyous errant dans la Voie lactée. Comme le professeur Lingam l’a dit à Universe Today par e-mail, la nature prolifique des objets voyous et leur potentiel à soutenir la vie présentent d’énormes opportunités d’exploration future :

« On estime qu’il pourrait y avoir jusqu’à 1 000 mondes nomades de la taille d’une lune et plus par étoile. Par conséquent, même si une petite fraction d’entre eux possède des conditions favorables à la vie, ils seraient parmi les demeures les plus courantes pour la vie. C’est pourquoi ils peuvent représenter une cible prometteuse pour l’astrobiologie. »

Le sujet des planètes voyous, des satellites et du potentiel d’habitabilité des objets plus petits a été largement exploré dans le livre de 2021 du professeur Lingam « Life in the Cosmos: From Biosignatures to Technosignatures » (co-écrit par le professeur Loeb). Pour les besoins de cette étude, le professeur Lingam et ses collègues se sont concentrés sur des objets nettement plus grands que les météorites ou « Oumuamua et 2I/Borisov – qui mesuraient entre 100 et 1 000 mètres (~ 330 à 3 300 pieds) de diamètre. Ils ont également jeté un large net qui s’étendait sur deux ordres de grandeur, allant de corps comparables aux astéroïdes de la ceinture principale aux planètes avec des rayons entre la Terre et Mars.

« Nous nous sommes concentrés sur des objets dans la plage de rayon de 100 à 10 000 km. Ces mondes peuvent être rocheux/glacés et peuvent potentiellement supporter de l’eau liquide dans la (sous) surface jusqu’à 100 Myr ou plus. Le nombre de ces objets dépend de leur taille ; jusqu’à 1 000 mondes nomades de la taille d’une lune et plus peuvent exister par étoile. »

De plus, ils ont déterminé que les objets plus petits sont susceptibles d’être beaucoup plus nombreux que les corps rocheux plus grands et qu’ils sont statistiquement plus susceptibles d’être trouvés plus près du système solaire interne. Leurs résultats suggèrent également que des dizaines de milliers de mondes nomades de la taille d’une planète pourraient se trouver dans un volume sphérique centré sur la Terre et s’étendant jusqu’au système stellaire le plus proche (Proxima Centauri). Alors que Proxima Centauri possède trois exoplanètes confirmées, dont une rocheuse et située dans la zone habitable de l’étoile (Proxima b), ces planètes voyous constituent les exoplanètes les plus proches au-delà de notre système solaire.

Dans un futur proche, plusieurs organisations et organisations à but non lucratif souhaitent monter les premières missions interstellaires vers les étoiles les plus proches pour enquêter sur leurs systèmes planétaires. Les exemples incluent Breakthrough Starshot, une architecture de mission proposée combinant des motomarines à l’échelle du gramme et une propulsion à énergie dirigée (DEP) pour réaliser des missions interstellaires au cours de notre vie. Cependant, comme Lingam et son équipe l’ont noté, ces missions permettraient d’économiser du temps et de l’argent en orientant leurs efforts vers l’exploration de planètes voyous potentiellement habitables plus proches du système solaire.

À cette fin, ils ont étudié plusieurs méthodes de propulsion proposées qui sont actuellement à l’étude pour les architectures de missions interstellaires. Plus précisément, ils ont recherché des concepts qui pourraient accomplir des missions pour étudier des planètes de la taille de la Terre avec une échelle de temps de vol de 50 ans.

Dit Lingam, « Nous avons envisagé de nombreux systèmes de propulsion tels que les voiles électriques et magnétiques, les voiles solaires et laser, la fusion nucléaire, la propulsion laser et électrique nucléaire et la propulsion chimique. Parmi les différents candidats, nous avons déterminé que les voiles laser (vaisseaux spatiaux propulsés par des réseaux laser ) sont les plus prometteurs pour atteindre les mondes nomades dans un délai raisonnable. »

Ces découvertes présentent des opportunités pour les télescopes spatiaux existants et de prochaine génération. Dans les années à venir, les astronomes espèrent étendre la recherche de planètes voyous et limiter davantage le nombre d’objets non liés actuellement disponibles. En 2027, la NASA lancera la prochaine génération du télescope spatial Nancy Grace Roman, le véritable successeur de Hubble et nommé d’après le premier astronome en chef de la NASA qui a joué un rôle fondamental dans la création du télescope (d’où son surnom, « La mère de Hubble »).

Selon les mêmes articles dirigés par David Bennett de la NASA Goddard, Roman pourrait trouver jusqu’à 400 planètes voyous semblables à la Terre au cours de sa mission principale. La technique clé de ce processus est connue sous le nom de Gravitational Microlensing, généralement utilisée pour la chasse aux exoplanètes liées aux étoiles. Cette technique combine des éléments de la méthode de transit et de la lentille gravitationnelle, s’appuyant sur la force gravitationnelle d’objets massifs pour plier et focaliser la lumière provenant d’une étoile éloignée. Lorsqu’une planète passe devant cette étoile par rapport à l’observateur (aka. transits), il y a une baisse mesurable de luminosité qui peut être utilisée pour déduire la présence d’une planète.

Selon Lingam, les relevés de microlentilles effectués par Nancy Grace Roman aideront à confirmer leurs résultats et à déterminer les emplacements des planètes voyous dans notre voisinage stellaire, qui pourraient tous être des cibles pour de futures missions d’exploration.

« Grâce à la technique de la microlentille gravitationnelle, des missions telles que le télescope spatial romain Nancy Grace et Euclid devraient limiter empiriquement l’abondance des mondes nomades, car ces télescopes peuvent détecter des mondes plus petits que la Terre (par exemple, de la taille d’une lune) », a déclaré Lingam. .

En explorant des objets voyous expulsés de leurs systèmes, les scientifiques peuvent mener des missions d’astrobiologie lucratives sans avoir à voyager vers des étoiles lointaines. Ces efforts sont susceptibles de se produire en parallèle avec des missions dans le système solaire externe, où des explorateurs robotiques se rendront sur des lunes glacées comme Europe, Ganymède, Titan, Callisto, etc., et recueilleront des échantillons de la surface ou foreront/fondront à travers la surface glace pour rechercher des preuves de biosignatures. Même dans les cas où les biosignatures ne sont pas évidentes, l’étude des corps voyous fournira un aperçu considérable de la formation et de l’évolution d’autres systèmes planétaires.

Quelle que soit la façon dont vous le découpez, l’étude des planètes et des objets voyous nous dira des choses sur les systèmes stellaires qui ne pourraient être apprises qu’en y allant. Compte tenu du temps, de l’énergie et des dépenses nécessaires pour monter des voyages interstellaires, cette option est plus rapide, moins chère et finalement préférable. De plus, l’exploration d’objets voyous pourrait servir de « missions exploratoires », donnant aux scientifiques un avant-goût de ce que nous sommes susceptibles de découvrir là-bas dans la galaxie et indiquant la voie vers les endroits les plus prometteurs.