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Le télescope LIFE a réussi son premier test de détection de biosignatures sur Terre

Nous savons qu’il existe des milliers d’exoplanètes découvertes et confirmées, et des millions d’autres qui attendent d’être découvertes. Pour déterminer s’ils pourraient supporter la vie à distance, nous devons étudier leur atmosphère. Télescope prévu vie (Le Large Exoplanet Interferometer) aura pour objectif de faire exactement cela.

La recherche de biomarqueurs d’exoplanètes potentiellement habitables prend de l’ampleur. Le télescope spatial James Webb (JWST) a exploré avec succès certains spectres d’atmosphères d’exoplanètes, mais il a de nombreuses autres tâches à accomplir et le temps d’observation est limité. Le vaisseau spatial LIFE est dédié à la recherche de biomarqueurs exoplanétaires et a récemment été testé. Un télescope peut-il détecter les signes vitaux ici sur Terre ?

En tant qu'interféromètre, LIFE sera composé de cinq télescopes distincts qui fonctionneront simultanément pour élargir le champ de vision de l'instrument. La vie a été développée par ETH Zurich (Institut fédéral de technologie de Zurich) en Suisse. Il effectuera des observations dans le domaine de l’infrarouge moyen. Grâce à lui, les raies spectrales d'indicateurs biologiques importants tels que l'ozone, le méthane et l'oxyde d'azote peuvent être détectées.

LIFE sera situé au deuxième point de Lagrange (L2*), à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre. Il existe également le télescope James Webb. À partir de là, il surveillera une liste de cibles d’exoplanètes dans l’espoir de trouver des signes vitaux. «Notre objectif est de découvrir des composés chimiques dans le spectre optique qui témoignent de la vie sur les exoplanètes», explique Sascha Quantz, professeur d'exoplanètes et d'habitabilité à l'ETH Zurich et responsable de l'initiative LIFE.

* Diagramme des points de Lagrange. Les points de Lagrange en mécanique céleste classique définissent un certain état de stabilité métastable pour trois corps (le Soleil en jaune, la Terre en bleu et un troisième corps en rouge). Aux points de Lagrange, les forces gravitationnelles des deux grands corps et la force centrifuge s'équilibrent. Le point L2 est utilisé par les télescopes spatiaux car il réduit la quantité de lumière solaire et de chaleur qui interfèrent avec le fonctionnement de l'instrument. Source : Domaine public

La vie n’est encore qu’un concept et les chercheurs souhaitent tester son efficacité. Comme il n'est pas encore construit, une équipe de chercheurs utilise l'atmosphère terrestre comme terrain d'essai. Ils traitent la Terre comme une exoplanète et testent les méthodes LIFE par rapport au spectre atmosphérique connu de la Terre dans différentes conditions. Pour capturer les données de simulation, ils utilisent un outil appelé LIFEsim. Les chercheurs utilisent souvent des données simulées pour tester les capacités des missions, mais dans ce cas, ils ont utilisé des données réelles. Leurs résultats sont publié Dans The Astronomical Journal avec l'auteur Dr Daniel Angerhausen, astrophysicien et astrobiologiste de l'ETH Zurich.

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Comment les changements saisonniers affectent-ils les observations ?

Dans un scénario réel, la Terre ne serait qu’un point lointain, presque méconnaissable. Tout ce que la vie verra, c'est le spectre atmosphérique de la planète, qui change au fil du temps en fonction du point de vue du télescope et de la durée de l'observation. Les spectres capturés s’accumuleront au fil du temps, ce qui soulèvera une question importante : comment la géométrie d’observation et les variations saisonnières de la Terre affecteront-elles les observations LIFE ?

Heureusement pour l’équipe de recherche, nous disposons de suffisamment d’observations de la Terre avec lesquelles travailler. Les chercheurs ont utilisé trois géométries d'observation différentes : deux vues depuis les pôles et une depuis la région équatoriale. Dans ces trois perspectives, ils travaillent avec les données atmosphériques de janvier et juillet, qui donnent les plus grandes variations saisonnières.

Comparaison des spectres des atmosphères de Vénus, de la Terre et de Mars. La présence d'un élément sur le spectre d'une planète est représentée par une indentation dans la raie spectrale. Remarquez que l’eau et l’ozone ne se trouvent que sur Terre, ce qui la distingue de nos planètes voisines sans vie. Source : Domaine public

Bien que les atmosphères planétaires puissent être très complexes, les astrobiologistes se concentrent sur certains aspects pour découvrir le potentiel d’une planète à abriter la vie. Les produits chimiques N sont particulièrement intéressants20, ch3Cl et CH3Br (oxyde nitreux, chlorométhane et bromoéthane), qui peuvent tous être produits biologiquement. « Nous utilisons un ensemble de scénarios dérivés de modèles de cinétique chimique qui simulent la réponse atmosphérique à différents niveaux de production d'azote biogénique.20, ch3Cl et CH3La justice, ô riche2 « Les atmosphères des planètes terrestres pour produire de futurs modèles pour notre programme de simulation d'observation LIFEsim », écrivent les auteurs.

Les chercheurs veulent notamment savoir si LIFE sera capable de détecter le dioxyde de carbone, l'eau, l'ozone et le méthane sur Terre à une distance d'environ 30 années-lumière. Ils sont les signes d’un monde tempéré qui favorise la vie, en particulier l’ozone et le méthane, produits par la vie sur Terre. Cela signifie que si LIFE peut détecter la biochimie de la Terre de cette manière, elle peut également la détecter sur d'autres mondes.

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Le télescope sera capable de détecter de l'eau liquide

LIFE a pu détecter du dioxyde de carbone, de l'eau, de l'ozone et du méthane sur Terre. Certaines conditions de surface ont également été trouvées, indiquant la présence d'eau liquide. Il est intéressant de noter que les résultats de LIFE ne dépendent pas de l’angle sous lequel la Terre est vue. C’est important car nous ne savons pas sous quels angles la vie observera les exoplanètes.

Lignes de coupe pour différents éléments. Source : NASA

Les fluctuations saisonnières constituent un autre problème, et elles ne sont pas faciles à surveiller. Heureusement, il semble que cela ne constituera pas un facteur limitant. « Même si la saisonnalité atmosphérique n'est pas facile à observer, notre étude montre que les missions spatiales de nouvelle génération peuvent évaluer si les exoplanètes tempérées de type proche de la Terre sont habitables ou même habitables », a déclaré Quantz.

Cependant, la détection des produits chimiques requis n'est pas suffisante. Ce qui est crucial, c'est la durée de la recherche. Construire un interféromètre spatial capable de détecter ces produits chimiques, mais qui prendrait un temps extrêmement long, ne serait ni pratique ni efficace. « Nous utilisons les résultats pour déduire le temps d'observation requis pour détecter ces scénarios et les appliquer pour déterminer les exigences scientifiques de la mission », a écrit l'équipe de recherche dans son article.

Pour brosser un tableau plus large du temps d’observation à LIFE, les chercheurs élaborent une liste d’objectifs. Ils produisent « une distribution de distance pour les planètes de la zone habitable avec des rayons compris entre 0,5 et 1,5 fois le rayon de la Terre autour des étoiles de type solaire détectables avec LIFE ». Les données à ces fins proviennent de la NASA et d’autres études antérieures.

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50 à 100 jours de surveillance

Les résultats montrent qu'il ne faut que quelques jours pour certaines cibles, tandis que pour d'autres, cela peut prendre jusqu'à 100 jours pour découvrir le résultat correspondant.

L'illustration montre le télescope HWO en orbite terrestre. Source : NASA/Robert Léa

Ce que l’équipe appelle les « cibles dorées » sont les plus faciles à surveiller. Les planètes du système Proxima Centauri sont un exemple de ce type de cible. Ces planètes ne nécessitent que quelques jours d'observation. Il faudrait une dizaine de jours d’exploration LIFE pour observer « certains scénarios standards, comme des planètes telluriques autour d’étoiles de type solaire », écrivent les chercheurs. Les cas les plus difficiles encore possibles sont ceux des exoplanètes jumelles de la Terre situées à environ 5 parsecs. Selon les résultats, LIFE a besoin d’environ 50 à 100 jours de surveillance pour détecter les biomarqueurs présents.

À ce stade, la vie n’est encore qu’une mission potentielle. Ce n’est pas la première mission proposée qui se concentrera uniquement sur l’habitabilité des exoplanètes. En 2023, la NASA a proposé Observatoire des Mondes Habitables (HWO). Son objectif est d'imager directement au moins 25 mondes potentiellement habitables puis de rechercher des biomarqueurs dans leurs atmosphères.

Mais selon les auteurs, leurs résultats montrent que la vie est la meilleure option.

Cunégonde Lestrange

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