L’habitabilité des exoplanètes naines rouges est un sujet brûlant dans les sciences spatiales. Ces petites étoiles faiblement hébergent de nombreuses exoplanètes, notamment de petites planètes rocheuses de la taille de la Terre. Mais les jeunes étoiles émettent des éruptions extrêmement puissantes qui peuvent endommager et dissiper les atmosphères.

Si nous voulons comprendre dans quelle mesure les naines rouges sont habitables, nous devons comprendre l’atmosphère des exoplanètes sur lesquelles elles gravitent.

Dans le cadre de nouvelles recherches, les astronomes ont étudié l’atmosphère de l’exoplanète GJ 367b, souvent mentionnée, et n’ont rien trouvé. La planète a probablement perdu toutes ses substances volatiles depuis longtemps, et l’étoile naine rouge autour de laquelle elle orbite en est responsable.

Gliese 367 est une étoile naine rouge (naine M) située à environ 30 années-lumière et en orbite autour de trois exoplanètes connues. Les astronomes ont découvert la planète GJ 367b et ses frères et sœurs à l'aide du satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA en 2021. GJ 367b est une planète très courte qui ne prend que 7,7 heures pour terminer une orbite et est probablement verrouillée par les marées sur son étoile. Elle est si proche de l’étoile naine rouge qu’elle reçoit des centaines de fois plus de rayonnement que la Terre n’en reçoit du Soleil. Tout ce rayonnement qui frappe sa surface signifie que sa température diurne est d'environ 1 500 °C (1 770 K ; 2 730 °F).

GJ 367b est une planète souterraine dont le rayon est d'environ 72 % du rayon de la Terre. Mais elle est très dense, presque deux fois plus dense que la Terre. Les scientifiques pensent qu’il s’agit principalement de fer et que les couches externes de silicate ont été éliminées. On l'appelle parfois la planète de fer.

Les exoplanètes autour des naines rouges sont plus faciles à détecter que les autres étoiles car elles sont moins lumineuses et plus petites. Cela aide à trouver des planètes en utilisant la méthode du transit et la méthode de la vitesse radiale. Il est donc logique de les étudier car ils sont si nombreux et parce que nous pouvons en voir un si grand nombre.

Dans un nouvel article non encore publié, les chercheurs ont examiné le GJ 367b à l'aide de l'instrument infrarouge moyen (MIRI) du télescope spatial James Webb. Le document indique que « GJ 367b est une sous-Terre sombre, chaude et sans air ». Il est actuellement en phase de pré-impression, de publier à arXiv Server, et l'auteur est Michael Chang, chercheur postdoctoral au Département d'astronomie et d'astrophysique de l'Université de Chicago.

Le titre de l’article donne les conclusions, mais les détails sont intéressants.

GJ 367b n'a jamais été habitable car trop proche de son étoile. Mais les astronomes s’intéressent beaucoup aux exoplanètes en orbite autour de naines rouges (naines de type M). D’une part, les naines rouges sont nombreuses ; La moitié des étoiles de la Voie lactée sont probablement des naines rouges, et peut-être bien plus encore. Par conséquent, il est probable que la majeure partie des exoplanètes de notre galaxie gravitent autour de naines rouges, et les chasseurs de planètes ont découvert une abondance d’exoplanètes autour des naines rouges.

« La question de savoir si les petites planètes rocheuses en orbite autour d'étoiles naines de type M peuvent héberger des atmosphères est d'une importance capitale pour l'habitabilité », écrivent les auteurs. Les planètes naines rouges sont plus faciles à étudier que les étoiles semblables au Soleil, car les naines rouges sont plus faibles et plus petites. Des étoiles plus grandes et plus brillantes, comme notre Soleil, peuvent obscurcir les atmosphères exoplanétaires. Mais lorsqu’il s’agit de l’habitabilité potentielle des exoplanètes naines rouges, un éléphant s’est glissé dans la pièce : en feu.

« Cependant, il a longtemps été suggéré que les rayonnements de haute énergie, les éruptions cutanées et les longues séquences principales de naines M dépouillent les atmosphères planétaires; la mesure dans laquelle cela se produit est un sujet de recherche actif », expliquent les chercheurs.

La raison pour laquelle il s’agit d’un domaine de recherche actif est que les mécanismes fondamentaux à l’origine de la création de l’atmosphère ne sont pas bien compris. Il existe deux mécanismes : la libération de substances volatiles lors de la formation de la planète et la libération de substances volatiles lorsque la jeune planète océan magmatique se refroidit et se solidifie. Il existe également deux mécanismes qui pourraient détruire l’atmosphère, qui nécessitent également des recherches supplémentaires : la photoévaporation et l’érosion des vents stellaires.

Il y a beaucoup à apprendre, et c’est ce que cherche à faire cette recherche. « En observant les planètes naines M et en déterminant quelles atmosphères hôtes, le cas échéant, nous pouvons construire un échantillon de paramètres expérimentaux qui peuvent être utilisés pour calibrer les modèles de perte de masse atmosphérique », déclarent clairement et clairement les auteurs.

Les chercheurs ont examiné le spectre d'émission latérale du GJ 367b pour confirmer la composition de sa surface et le type d'atmosphère, le cas échéant, même s'il ne s'agit que d'une atmosphère mince et fragile. Ils ont conclu que la planète n’avait aucun albédo, aucun recyclage de chaleur et aucune atmosphère.

« GJ 367b est la première planète souterraine dont la surface thermique a été observée », ont écrit Zhang et ses co-auteurs. « Ces observations révèlent une planète sans atmosphère détectable, sans redistribution de la chaleur et avec une surface sombre dans le couloir de la bande MIRI(A). »_B ≈ 0,1) avec le spectre d’émission du corps noir.

« Le manque de redistribution de la chaleur exclut les atmosphères inférieures à ≳1 bar pour une large gamme de compositions, tandis que le spectre d'émission exclut les atmosphères plus fines pour certaines compositions », expliquent les auteurs. À titre de comparaison, la pression atmosphérique terrestre est d’environ 1 bar au niveau de la mer.

L'absence d'atmosphère dans GJ 367b n'est pas surprenante. En effet, il est situé au-dessus de ce qu’on appelle le « littoral cosmique ». Le littoral cosmique est une métaphore de la tendance statistique qui relie toutes les planètes entre elles. C'est une ligne de démarcation qui apparaît lorsque l'on compare la lumière qu'une planète reçoit de son étoile et la facilité avec laquelle l'atmosphère de la planète s'échappe dans l'espace.

« Étant donné que la planète se situe bien au-dessus de la côte cosmique, l'absence d'atmosphère n'est pas surprenante, même si ce n'est pas la meilleure nouvelle possible pour potentiellement mesurer l'atmosphère des planètes naines rocheuses de classe M », expliquent les auteurs.

Le GJ 367b n'a jamais été habitable. Il est très proche de son étoile. Mais il s’agit toujours de données importantes qui aideront les scientifiques à mieux comprendre les atmosphères des exoplanètes en général. Nous avons besoin de plus de données comme celle-ci si nous voulons comprendre l’habitabilité de la naine rouge.

« Nous encourageons les observations par le télescope spatial James Webb des planètes les plus proches ou situées en dessous de la côte cosmique pour comprendre quelles planètes rocheuses, le cas échéant, en orbite autour d'étoiles naines de type M ont une atmosphère », concluent les chercheurs.

Alors, quelles sont les chances d’habitabilité pour un nain M ? Il est de plus en plus évident que les naines rouges ne sont pas de bons compagnons en matière d'habitabilité des exoplanètes. Comme elle est si faible, sa zone habitable est beaucoup plus proche. Cela signifie que les exoplanètes situées dans la zone habitable de la naine rouge subissent une intense éruption qui peut détruire leur atmosphère et baigner leurs surfaces dans un rayonnement intense.