La recherche d’exoplanètes habitables implique la recherche de planètes présentant des conditions similaires à celles de la Terre, comme de l’eau liquide, une plage de température et des conditions atmosphériques appropriées. Un facteur crucial est la position de la planète dans la zone habitable, la région autour d’une étoile où de l’eau liquide pourrait potentiellement exister à la surface de la planète.
Le télescope Kepler de la NASA, lancé en 2009, a révélé que 20 à 50 % des étoiles visibles pourraient abriter de telles planètes rocheuses habitables de la taille de la Terre. Cependant, la présence d’eau liquide ne garantit pas à elle seule l’habitabilité d’une planète. Sur Terre, les composés carbonés tels que le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et le monoxyde de carbone (CO) jouent un rôle crucial dans le façonnement du climat et de la biogéochimie et auraient pu contribuer à l’émergence de la vie.
Compte tenu de cela, une étude récente du professeur agrégé Kazumi Ozaki de l’Institut de technologie de Tokyo et du chercheur associé Yasuto Watanabe de l’Université de Tokyo vise à élargir la recherche de planètes habitables. Publié dans Le journal d’astrophysiqueles chercheurs ont utilisé la modélisation atmosphérique pour identifier les conditions qui pourraient entraîner une atmosphère riche en CO sur des planètes semblables à la Terre qui orbitent autour d’étoiles semblables au soleil (types F, G et K).
Les modèles atmosphériques suggèrent que ce phénomène, connu sous le nom d’emballement du CO, s’est peut-être produit dans les premières atmosphères planétaires, favorisant potentiellement l’émergence de la vie.
« La possibilité d’un emballement du CO est essentielle pour résoudre le problème fondamental concernant l’origine de la vie sur Terre, car divers composés organiques adaptés à la chimie prébiotique sont plus susceptibles de se former dans une atmosphère riche en CO que dans une atmosphère riche en CO2 », explique Dr Ozaki.
Les chercheurs ont modélisé le cycle du CO entre l’atmosphère et les océans, en considérant les différentes sources de production de CO, ses mécanismes de transport et les processus impliqués dans son élimination. La photolyse du CO2, au cours de laquelle le CO2 se décompose en CO lorsqu’il est exposé à la lumière, était considérée comme la principale source de CO.
D’autres sources comprenaient les réactions photochimiques dans l’atmosphère, les émissions de gaz volcaniques et la décomposition hydrothermale du formaldéhyde (H2CO) dans l’océan. L’élimination du CO de l’atmosphère s’est produite principalement par sa réaction avec les radicaux hydroxyles (OH) formés par la photolyse de la vapeur d’eau et, dans une moindre mesure, par son dépôt à la surface de la planète.
Les chercheurs ont découvert qu’un emballement du CO se produit lorsque la production de CO dépasse l’élimination par les radicaux OH. Cela peut se produire en raison de niveaux de CO2 plus élevés ou de la présence de gaz réducteurs provenant de volcans qui entrent en compétition pour les radicaux OH. À une température de 277 K, les conditions d’emballement du CO sont remplies lorsque la pression partielle du CO2 dépasse 0,2 bar.
Cependant, à des températures plus élevées (300 K), un emballement de CO nécessite des niveaux de CO2 et de gaz volcaniques encore plus élevés en raison de l’augmentation de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, qui est une source majeure de radicaux OH. Une fois initiés, les niveaux de CO dans l’atmosphère ne sont limités que par les dépôts en surface, où le CO se dépose à la surface de la planète.
Notamment, les changements dans les niveaux de CO, CO2 et CH4 avant et après l’effet d’emballement ont conduit à un écart reflété dans l’espace des phases défini par les rapports de leurs pressions partielles (pCO/pCO2 et pCH4/pCO2).
« Nos résultats suggèrent que cet écart d’emballement du CO est une caractéristique générale des planètes sans vie semblables à la Terre en orbite autour d’étoiles semblables au Soleil, fournissant ainsi un aperçu des caractéristiques et de l’habitabilité potentielle des exoplanètes », explique le Dr Ozaki.
Bien que les conditions exactes qui ont conduit à l’émergence de la vie restent incertaines, des découvertes telles que l’écart d’emballement du CO fournissent des indices précieux dans notre quête de planètes habitables qui pourraient faciliter l’origine de la vie parmi près de 40 milliards de planètes de la taille de la Terre en orbite autour d’un soleil. étoiles de la Voie Lactée.
Plus d’information:
Yasuto Watanabe et al, Abondances relatives de CO2, CO et CH4 dans les atmosphères de planètes sans vie semblables à la Terre, Le journal d’astrophysique (2024). DOI : 10.3847/1538-4357/ad10a2