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Vue d’artiste d’une exoplanète comportant de l’eau (à gauche) et « sèche » (à droite), toutes deux pourvues d’atmosphères riches en oxygène. Les croissants sont d’autres planètes du système et la sphère rouge est l’étoile naine M autour de laquelle les exoplanètes orbitent © Nasa/GSFC/Friedlander-Griswold

Une nouvelle méthode de détection de l’oxygène dans l’atmosphère des exoplanètes vient d’être mise au point. Elle pourrait accélérer la recherche de la vie.

Cette technique sera mise en œuvre sur le télescope spatial James Webb (JWST) de la Nasa qui doit être lancé au printemps 2021 : elle vise à détecter un signal produit par des molécules d’oxygène qui entrent en collision dans l’atmosphère d’exoplanètes sélectionnées à cet effet. Lorsque ces molécules entrent en collision les unes avec les autres, elles empêchent certaines parties du spectre de la lumière infrarouge d’être vues par un télescope ; l’examen des motifs de la lumière permettrait donc de déterminer la composition d’une atmosphère.

L’oxygène, une signature ambiguë

« Ce signal d’oxygène est connu depuis le début des années 1980 grâce aux études atmosphériques de la Terre, mais n’a jamais été étudié pour la recherche sur les exoplanètes », explique Thomas Fauchez, du Goddard Space Flight Center de la Nasa, auteur principal de l’étude.Sur Terre, l’oxygène est produit lors de la photosynthèse par les plantes, les algues et les cyanobactéries, pour convertir la lumière du soleil en énergie chimique.

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L’équipe en charge de l’assemblage guide avec une extrême précaution la partie suspendue du télescope pour la positionner au-dessus du vaisseau spatial © Nasa/Chris Gunn

Mais l’astrobiologiste Edward Schwieterman, de l’université de Riverside, avait à l’origine proposé cette méthode pour détecter de fortes concentrations d’oxygène issues de processus non biologiques : « L’oxygène est l’une des molécules les plus excitantes à détecter en raison de son lien avec la vie, mais nous ne savons pas si la vie est la seule cause de l’oxygène dans une atmosphère, souligne-t-il. Cette technique nous permettra de trouver de l’oxygène sur les planètes qui abritent de la vie ou non ».

Des océans évaporés

Ainsi, parmi les phénomènes intéressants à observer, celui des exoplanètes proches de leur étoile ou exposées à une forte lumière stellaire. En s’évaporant, les océans peuvent saturer l’atmosphère de vapeur d’eau ; à son tour, l’eau peut être décomposée, par un fort rayonnement ultraviolet, en hydrogène et oxygène atomiques. L’hydrogène – un atome léger – s’échappant dans l’espace, laisse l’oxygène derrière lui.

Avec le temps, ce processus peut conduire à l’évaporation d’océans entiers, tout en générant une épaisse atmosphère d’oxygène. De l’oxygène en abondance dans l’atmosphère ne signifie donc pas nécessairement la présence de vie, mais peut aussi signaler d’importantes pertes d’eau dans le passé sur l’exoplanète étudiée.