L'oxygène sur les exoplanètes ne signifie pas toujours la présence de la vie

À la recherche de la vie sur d'autres planètes, la présence d'oxygène dans l'atmosphère de la planète est l'un des signes potentiels d'activité biologique qui pourraient être détectés par les futurs télescopes. La nouvelle étude, cependant, décrit plusieurs scénarios dans lesquels une planète rocheuse sans vie autour d'une étoile semblable à un soleil pourrait évoluer pour avoir de l'oxygène dans son atmosphère.

Les nouveaux résultats, publiés dans AGU Advances, soulignent le besoin de télescopes de nouvelle génération capables de caractériser l'environnement planétaire et de rechercher de multiples lignes de preuves pour la vie en plus de détecter l'oxygène.

«Ceci est utile car cela montre qu'il existe des moyens d'obtenir de l'oxygène dans une atmosphère sans vie, mais il y a d'autres observations que vous pouvez faire pour aider à distinguer ces faux positifs de la vie réelle», a déclaré l'auteur de l'étude Joshua Chrissansen. «Pour chaque scénario, nous essayons de vous dire ce que votre télescope devrait faire pour distinguer l'oxygène ordinaire de l'oxygène biologique.»

Dans les décennies à venir, peut-être d'ici la fin des années 2030, les astronomes espèrent avoir un télescope capable de capturer des images directes et des spectres de planètes potentiellement semblables à la Terre autour d'étoiles semblables au soleil.

Le co-auteur Jonathan Fortney, professeur d'astronomie et d'astrophysique et directeur du laboratoire des autres mondes de l'UCLA, a déclaré que l'idée était de cibler des planètes suffisamment similaires à la Terre pour que la vie apparaisse et caractérise leur atmosphère. ...

«Il y a eu beaucoup de discussions sur la question de savoir si trouver de l'oxygène est un signe de vie« suffisant »», dit-il. «Ce travail prouve vraiment la nécessité de connaître le contexte de votre découverte. Quelles autres molécules ont été trouvées en plus de l'oxygène, ou n'ont pas été trouvées, et qu'est-ce que cela vous dit sur l'évolution de la planète? "

Cela signifie que les astronomes auront besoin d'un télescope sensible à une large gamme de longueurs d'onde pour détecter différents types de molécules dans l'atmosphère de la planète.

Les chercheurs ont basé leurs découvertes sur un modèle de calcul détaillé de bout en bout de l'évolution des planètes rocheuses, en commençant par leurs origines en fusion et en passant par des milliards d'années de refroidissement et de cycle géochimique. En faisant varier l'offre initiale de volatiles sur leurs planètes modèles, les chercheurs ont obtenu une gamme étonnamment large de résultats.

L'oxygène peut commencer à s'accumuler dans l'atmosphère de la planète lorsque la lumière ultraviolette à haute énergie divise les molécules d'eau de la haute atmosphère en hydrogène et oxygène. L'hydrogène léger s'échappe préférentiellement dans l'espace, laissant derrière lui de l'oxygène.

D'autres processus peuvent éliminer l'oxygène de l'atmosphère. Par exemple, le monoxyde de carbone et l'hydrogène libérés lors du dégazage de la roche fondue réagissent avec l'oxygène et l'altération de la roche absorbe également l'oxygène. Ce ne sont là que quelques-uns des processus que les chercheurs ont incorporés dans leur modèle de l'évolution géochimique de la planète rocheuse.

«Si vous exécutez un modèle pour la Terre avec ce que nous pensons être l'approvisionnement initial en volatiles, vous obtiendrez de manière fiable le même résultat à chaque fois - sans vie, vous n'obtiendrez pas d'oxygène dans l'atmosphère», a déclaré Joshua Chrissansen. «Mais nous avons également trouvé plusieurs scénarios où vous pouvez obtenir de l'oxygène sans vie.»

Par exemple, une planète qui est par ailleurs similaire à la Terre mais qui commence avec plus d'eau finira par avoir des océans très profonds qui exerceront une pression énorme sur la croûte. Cela arrête efficacement l'activité géologique, y compris tous les processus tels que la fonte ou l'altération des roches qui éliminent l'oxygène de l'atmosphère.

À l'inverse, lorsque la planète commence avec relativement peu d'eau, la surface magmatique de la planète fondue à l'origine peut se solidifier rapidement tant que l'eau reste dans l'atmosphère. Cette «atmosphère vaporeuse» met suffisamment d'eau dans la haute atmosphère pour permettre à l'oxygène de s'accumuler au fur et à mesure que l'eau se décompose et que de l'hydrogène est libéré.

"La séquence typique est que la surface du magma se solidifie simultanément avec la condensation de l'eau dans les océans à la surface", a déclaré Joshua Chrissansen. «Sur Terre, lorsque l'eau s'est condensée à la surface, le taux de fuite était faible. Mais si vous maintenez une atmosphère vaporeuse après que la surface fondue se soit solidifiée, il y a une fenêtre d'environ un million d'années où l'oxygène peut s'accumuler, car la haute atmosphère a une forte concentration d'eau et il n'y a pas de surface fondue pour consommer l'oxygène produit par la libération d'hydrogène. »

Le troisième scénario, qui pourrait conduire à l'oxygène dans l'atmosphère, implique une planète qui est par ailleurs similaire à la Terre, mais commence avec un rapport plus élevé de dioxyde de carbone à l'eau.