Un raffinement d’un modèle de météo spatiale développé par un directeur de centre de l’Université de l’Alabama à Huntsville (UAH) pourrait aider les scientifiques à déterminer quelles planètes en dehors de notre système solaire sont susceptibles d’avoir quelqu’un à la maison.
Les exoplanètes sont ce que l’on appelle les planètes lorsqu’elles orbitent autour d’étoiles en dehors de notre propre système solaire, et les efforts pour éliminer celles qui pourraient abriter la vie se sont intensifiés.
Maintenant au Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR) de l’UAH, une partie du système de l’Université de l’Alabama, la recherche du Dr Junxiang Hu avec ses collaborateurs a développé un modèle pour suivre les particules énergétiques stellaires qui peuvent influencer la création de la vie sur les exoplanètes. Ces particules énergétiques stellaires sont trop éloignées pour être mesurées directement, elles doivent donc être modélisées à partir d’entrées de télédétection.
« Les particules énergétiques associées aux super éruptions de jeunes étoiles de type solaire auront un impact sur la chimie atmosphérique de leurs exoplanètes proches, générant éventuellement des produits chimiques prébiotiques qui pourraient déclencher la vie », explique le Dr Hu. « La caractérisation de ces impacts peut être importante pour évaluer les signatures chimiques de l’habitabilité des exoplanètes. »
La modélisation antérieure utilisait des approches empiriques, mais la nouvelle recherche applique la physique à l’effort. Il n’identifie pas directement les exoplanètes habitables, explique le Dr Hu, mais il peut éclairer cette recherche.
« Ce travail jette les bases d’une série de futurs projets de recherche multidisciplinaires dédiés à la compréhension de l’origine de la vie », dit-il.
Le Dr Hu a affiné le modèle Particle Acceleration and Transport in the Heliosphere (PATH) créé à l’origine en 2001 par le Dr Gary Zank, qui depuis 2008 est directeur du CSPAR. Ce modèle antérieur visait à mettre en place les mécanismes physiques corrects pour modéliser l’accélération et le transport des particules, puis les travaux du Dr Zank ont été étendus au fil des ans par le Dr Gang Li et d’autres chercheurs de l’UAH.
« Les grandes éruptions solaires sont généralement associées à des éjections de masse coronale (CME) », explique le Dr Hu. « PATH est un modèle testé qui fonctionne plutôt bien pour les événements de particules énergétiques solaires, et dans ce travail, nous l’étendons aux événements stellaires avec des CME extrêmement rapides. »
Le nouveau travail, appelé le modèle amélioré d’accélération et de transport de particules dans l’héliosphère (iPATH), utilise une approche basée sur la physique pour évaluer les spectres d’énergie des particules énergétiques émises dans les super éruptions stellaires. Le Dr Hu a commencé sur le modèle en 2015 dans le cadre de sa thèse de doctorat.
Le Dr Zank dit que la recherche arrive au bon moment.
« Ce travail porte sur la météo spatiale au voisinage des exoplanètes, un sujet très brûlant, et nous disposons des modèles les plus importants au monde pour cela, tous développés dans le cadre de l’étude des événements dits graduels de particules énergétiques solaires dans le contexte de la météo spatiale », explique le Dr Zank. « Il s’agit donc d’une migration intéressante de la physique spatiale et des travaux sur la météo spatiale pour comprendre l’habitabilité dans le contexte des exoplanètes et de leur météo spatiale. »
Lors du développement du nouveau modèle, le Dr Hu a fait équipe avec le Dr Li et le Dr Zank. Il a collaboré avec le Dr Vladimir Airapetian de la NASA Goddard Space Flight Center’s Sellers Exoplanet Environments Collaboration (SEEC) et le Dr Meng Jin de l’Institut SETI.
La modélisation iPATH montre que les résultats empiriques antérieurs pourraient largement sous-estimer les flux de particules impactant les exoplanètes à très haute énergie, explique le Dr Hu, de sorte que les super éruptions extrêmes d’autres étoiles peuvent avoir une influence beaucoup plus forte sur les exoplanètes qu’on ne le pensait auparavant.
« La fluence et le flux de particules énergétiques de sortie de notre modèle peuvent fournir des informations précieuses pour la modélisation atmosphérique ultérieure des exoplanètes dans les travaux futurs », a déclaré le Dr Hu.
La nouvelle recherche sert de preuve de concept que le modèle peut fonctionner dans d’autres systèmes de planètes étoiles au-delà du système solaire, de sorte que les scientifiques n’ont pas choisi d’exoplanètes spécifiques à modéliser pour cette entreprise.
« Dans les travaux futurs, nous choisirons des exoplanètes rocheuses proches autour de naines G, K et M magnétiquement actives. En d’autres termes, nous sélectionnerons des exoplanètes qui ressemblent à la Terre primitive pour des études de cas », explique le Dr Hu.
« Nous travaillons maintenant en étroite collaboration avec la NASA pour mettre le modèle opérationnel à la disposition du public, avec le soutien du Community Coordinated Modeling Center de la NASA et du Space Radiation Analysis Group de la NASA. »
Junxiang Hu et al, Événements de particules énergétiques extrêmes par des CME associés à des super-éruptions provenant d’étoiles de type solaire, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abi9743