Comment détecter la vie sur les exoplanètes ? La réponse est très originale, la vie se reflète sur la Lune. La lumière de la vie a une particularité, une biosignature, si on l'observe indirectement, réfléchie sur un astre voisin. Il y a de la vie sur Terre, et cela se voit sur la Lune. Le concept est révélé dans la revue Nature du 1er mars 2012, par une équipe d'astrophysiciens qui a utilisé le VLT de l'observatoire européen austral, installé dans le désert d'Atacama des Andes chiliennes. Oui, les traces de vie sur Terre sont imprimées sur la lumière cendrée de la Lune. « Le Soleil éclaire la Terre et cette lumière se réfléchit sur la surface de la Lune. La surface de la Lune agit alors comme un miroir géant et nous renvoie la lumière de la Terre – et c'est ce que nous avons observé avec le VLT », explique Michael Sterzik (ESO), auteur principal de l'article scientifique. Plutôt que de mesurer l'intensité lumineuse de la lumière réfléchie, les scientifiques ont porté leur attention sur la polarisation de la lumière. En analysant la très faible lumière du rayonnement terrestre sur la Lune, ils ont trouvé la preuve de l'existence d'une vie organique.
Stefano Bagnulo, un des coauteurs de l'étude, explique le concept : « la lumière d'une exoplanète distante est très largement noyée dans la lumière éblouissante de son étoile, elle est de ce fait difficile à analyser. C'est un peu comme vouloir étudier un grain de poussière à côté d'une puissante ampoule électrique. La lumière réfléchie par une planète est polarisée, alors que celle de l'étoile de l'est pas. Ainsi, les techniques de polarimétrie nous aident à distinguer la très faible lumière, réfléchie par une exoplanète, dans l'éblouissante lumière d'une étoile ». La spectropolarimétrie pourra nous aider à mesurer la polarisation de la lumière réfléchie, afin de reconstituer le contenu matériel de l'exoplanète.
nota : la lumière cendrée ou clair de Terre est la lumière du Soleil réfléchie sur la Terre et qui éclaire très faiblement la Lune. Quand la Lune apparait comme un mince croissant dans le ciel crépusculaire de la Terre, il est souvent possible de voir que le reste du disque lunaire est faiblement lumineux. Cette luminosité appelée lumière cendrée est due à la lumière du soleil se reflétant sur la Terre et éclairant la surface lunaire.
Les biosignatures
Quelles sont les biosignatures (indicateurs de la vie), qui vont révéler la présence de vie sur des exoplanètes lointaines ? Comment repérer l’oxygène, l’ozone, le méthane, le dioxyde de carbone et les autres gaz ? Quand la lumière est polarisée, ses composantes de champ électrique et de champ magnétique ont une orientation spécifique. Dans la lumière non polarisée, celle des étoiles, l’orientation des champs est aléatoire et n’a pas de direction privilégiée. Pour mesurer la polarisation les scientifiques ont utilisé un mode spécial de l’instrument FORS2, sur le Very Large Telescope (VLT). Ils ont pu déduire des observations, que l'atmosphère terrestre est en partie nuageuse, qu'une partie de sa surface est recouverte d'océans et qu'il y a de la végétation.
Enric Palle (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Espagne) : « Trouver la vie en dehors du Système solaire dépend de deux choses, tout d'abord que la vie existe ailleurs et, si tel est le cas, d'avoir la capacité technique pour la détecter ». « Ce travail constitue un pas important vers l'acquisition de cette capacité. Au bout du compte, la spectropolarimétrie, en recherchant les processus de la photosynthèse, peut nous dire si la vie, sous forme végétative, a émergé quelque part dans l'univers », conclut Michael Sterzik.
nota : La prochaine génération de télescopes, et en particulier le E-ELT (European Extremely Large Telescope), aura la capacité d'utiliser cette technique, pour étudier les exoplanètes lointaines.
Les traces subtiles de la vie
Le 3 décembre 2013, le puissant télescope spatial Hubble de la NASA a vu les traces subtiles de l'eau sur des mondes extraterrestres. Deux équipes de scientifiques ont trouvé de faibles signatures de l'eau dans les atmosphères brumeuses de cinq planètes lointaines. Les cinq planètes sont des Jupiters chaudes, des mondes massifs en orbite proche autour de leurs étoiles hôtes. La présence d'eau dans l'atmosphère, a été signalée auparavant sur quelques exoplanètes orbitant autour d'étoiles au-delà de notre système solaire. Cependant c'est la première étude à mesurer de façon concluante, en comparant les profils et les intensités de ces signatures sur plusieurs mondes. Les cinq planètes étudiées sont, WASP-17b, HD209458b, WASP-12b, WASP-19b et XO-1b, elles orbitent toutes à proximité de leur étoile. Bien sûr, la force des signaux de leurs signatures de l'eau, varie en fonction de leur atmosphère. Par exemple, WASP-17b est une planète avec une atmosphère particulièrement dense, tandis que HD209458b a les signaux les plus forts. Les signatures pour les trois autres planètes, WASP-12b, WASP-19b et XO-1b, sont également compatibles avec la présence d'eau. « Nous sommes très confiants, nous voyons une signature de l'eau sur de multiples planètes », a déclaré Avi Mandell, un scientifique au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, et principal auteur d'un papier dans Astrophysical Journal, publié le 3 décembre 2013. Les deux équipes ont utilisé la caméra 3, à grand champ de Hubble pour explorer les détails de l'absorption de la lumière à travers les atmosphères des planètes. Les observations ont été faites dans différentes gamme de longueurs d'onde de l'infrarouge où la signature de l'eau, si elle est présente, apparait. Les équipes ont comparé sur ces planètes, les formes et les intensités des profils d'absorption, ainsi que la cohérence des signatures de l'eau. Ces études exceptionnellement difficiles, peuvent être faites que si les planètes sont repérées alors qu'elles passent devant leur étoile. Les chercheurs peuvent ainsi identifier les gaz dans l'atmosphère d'une planète en déterminant quelles sont les longueurs d'onde de la lumière de l'étoile qui sont transmises et celles qui sont partiellement absorbées.
Image : Cette vidéo de la NASA, explique comment les chercheurs étudient les caractéristiques des exoplanètes, en particulier la taille et la composition atmosphérique. Les exoplanètes sont trop lointaines pour être vues directement mais grâce à la lumière absorbée en passant en transit devant leur étoile, les scientifiques peuvent en déduire par des méthodes indirectes, de nombreuses caractéristiques cachées comme la masse, la densité, sa composition (rocheuse ou gazeuse), la profondeur de son atmosphère. Toutes ses informations sont codées pendant le transit dans la couleur de la lumière absorbée. Chaque longueur d'onde absorbée dans le spectre lumineux, révèle une emprunte chimique moléculaire distincte. Ce qui intéresse le plus les chercheurs sont les traces de vie comme la vapeur d'eau (H2O), l'oxygène (O2) et le méthane (CH4).
Eclosion de la vie en vitesse accélérée
Environ 500 millions d'années après la naissance de la Terre, des bactéries apparaissent, ce sont de simples cellules sans noyau (procaryotes), et vont évoluer pendant 1,5 milliards d'années jusqu'au bactéries eucaryotes avec un noyau, 2 milliards d'années après la naissance de la Terre, l'occasion attendue est là et les organismes pluricellulaires apparaissent. La complexité va alors accélérer sa marche en avant, encore 100 millions d'années pour voir les coquillages, et les crustacés. Encore 100 millions d'années et les poissons apparaissent. C’est l'époque où la Terre devient le paradis des plantes et des forêts. L'atmosphère va s'en trouver considérablement modifiée, car la photosynthèse va générer l'oxygène et l'ozone, protecteurs des rayons nocifs du soleil. Les organismes vivants n'ont plus besoin de rester à l'abri dans l'océan, la vie va tenter et réussir à sortir de l'eau pour envahir les terres.
Il y a 200 millions d'années, les oiseaux et les reptiles font leur apparition, 50 millions d'années plus tard c’est au tour des dinosaures. Il y a 100 millions d'années, les mammifères envahissent la terre. Il y a 20 à 30 millions d'années ce sont les primates qui montrent leurs dents et il y a environ 6 millions d'années, la lignée des homo sapiens fait son entrée sur la scène terrestre. Il aura fallu à l'univers, inventer galaxies, étoiles, planètes, océans et atmosphères, sous des cieux toujours plus propices pour atteindre la complexité observable aujourd'hui. A partir du vide, en passant par l'homme civilisé, où se trouve le sommet de cette complexité frénétique, sachant qu'il reste aux germes de la vie, l'éternité ?
