La vie est la raison la plus probable de la présence de méthane dans l'atmosphère des exoplanètes

Le télescope spatial James Webb Super Power sera lancé l'année prochaine. Dès qu'il sera déployé et prendra position au point 2 de la Terre-Soleil Lagrange, il commencera ses travaux. L'une de ses tâches est d'explorer les atmosphères des exoplanètes et de rechercher des biosignatures.

Cela peut sembler une tâche assez simple. Il suffit de scanner l'atmosphère jusqu'à ce que vous trouviez de l'oxygène, bien que la réalité soit beaucoup plus compliquée. En fait, la présence d'oxygène n'est pas toujours fiable.

L'oxygène peut sembler une chose évidente à rechercher dans l'atmosphère d'une planète lorsque l'on cherche des signes de vie, mais ce n'est pas le cas. Sa présence ou son absence n'est pas un indicateur fiable. L'histoire de la Terre le montre clairement.

L'atmosphère de la Terre d'aujourd'hui contient environ 21% d'oxygène, et les scientifiques savent que la plupart d'entre eux proviennent d'organismes présents dans les océans de la planète. Mais il y a un hic: une fois que les cyanobactéries de la Terre ancienne ont commencé à produire de l'oxygène comme sous-produit de la photosynthèse, il a fallu encore très longtemps avant que l'atmosphère de la planète ne soit saturée d'oxygène - peut-être un milliard d'années.

Et si nous explorions une exoplanète, ne trouvions pas d'oxygène, puis passions à autre chose, ne réalisant pas qu'il y avait de la vie, au début de l'oxygénation de ce monde? Et si nous étions un milliard d'années plus tôt et que la vie n'avait pas encore oxygéné l'atmosphère de l'exoplanète? Les planètes rocheuses ont de nombreux piégeurs d'oxygène, et l'oxygène produit biologiquement ne sera pas libre dans l'atmosphère tant que ces piégeurs ne seront pas saturés d'oxygène.

C'est ce qui s'est passé sur Terre et ce qui pourrait arriver dans d'autres mondes rocheux. Sur Terre, en raison de l'activité géologique, le magma monte du manteau dans la croûte. La plupart des matériaux du manteau, comme le fer, se lient à l'oxygène atmosphérique, le tirant hors de l'atmosphère.

C'est l'une des raisons pour lesquelles les scientifiques planétaires se concentrent sur d'autres choses comme le méthane (CH4). Dans un nouvel article, les chercheurs ont examiné la capacité du méthane à signaler une activité biologique. Ils disent que le méthane dans l'atmosphère de la planète est peu susceptible de provenir de volcans et qu'il est très probablement d'origine biologique.

Trouver des biosignatures potentielles comme le méthane dans les atmosphères d'exoplanètes éloignées n'est pas facile. Mais dès que quelque chose comme le méthane est trouvé, il reste encore plus de travail à faire. Sa présence doit être examinée dans le contexte de la planète elle-même.

Les chercheurs en biosignature n'attendent pas sans rien faire pour le lancement du télescope spatial James Webb. Ils ont beaucoup réfléchi à la détection des biosignatures avec un télescope. Les scientifiques ont suggéré que les atmosphères planétaires riches en méthane et en dioxyde de carbone dans un état de non-équilibre pourraient être une forte biosignature. Dans leur article, les auteurs notent que "... peu d'études ont examiné la possibilité de CH4 et de CO2 non biologiques et des indices contextuels associés". Dans ce cas, non biologique signifie volcans.

Les auteurs voulaient utiliser un modèle thermodynamique pour déterminer si le dégazage du magma volcanique sur des planètes semblables à la Terre pouvait libérer du CH4 et du CO2 dans l'atmosphère. En fait, ils ont constaté que les volcans sont peu susceptibles de produire la même quantité de méthane que les sources biologiques. Ce n'est pas impossible, mais presque impossible.

C'est en grande partie parce que l'hydrogène «aime» rester dans le magma. H2O se dissout bien dans le magma, ce qui limite la quantité de H émis et, par conséquent, limite la quantité de CH4 dans l'atmosphère de la planète. Une autre raison est que le magma à basse température est nécessaire pour faire évoluer le gaz CH4, alors que la majeure partie du magma terrestre est à une température plus élevée.

Les auteurs ont constaté que dans ces cas incroyables où le volcanisme peut produire de grandes quantités de méthane, il produit également du dioxyde de carbone. La Terre archéenne antique était beaucoup plus volcaniquement active que la Terre moderne. Au cours de l'éon archéen, le flux de chaleur de la Terre était trois fois plus important qu'il ne l'est maintenant.

Selon l'étude, il pourrait produire 25 fois plus de magma que la Terre moderne et beaucoup plus de méthane. Mais la même activité qui produisait tout ce méthane produirait également beaucoup plus de dioxyde de carbone. Ceci, comme noté par les auteurs, est un résultat faux positif détectable. Mais si une quantité abondante de méthane est trouvée sans une quantité d'accompagnement de CO2, alors c'est une biosignature plus fiable.

Les auteurs disent qu'il serait difficile d'expliquer la détection du méthane et du dioxyde de carbone sans recourir à des sources biologiques, du moins pour les planètes semblables à la Terre. Ils ont également conclu que la quantité faible ou négligeable de monoxyde de carbone trouvée dans l'atmosphère améliore la biosignature CH4 + CO2 parce que «... la vie consomme facilement le CO atmosphérique, tandis que la diminution des gaz volcaniques est susceptible de provoquer l'accumulation de CO dans l'atmosphère de la planète. ".

En conclusion, les chercheurs préviennent que tout leur travail est basé sur ce que nous savons de la Terre et des autres planètes de notre système solaire.