Monde de la Physique : « L’optimisme est l’exigence fondamentale »

Il y a près de trente ans, deux astronomes, Michel Mayor et Didier Queloz, découvraient pour la première fois une planète située dans un système solaire lointain. Depuis, les recherches sur les exoplanètes se sont développées très rapidement. Au cours des vingt dernières années, l’accent a d’abord été mis sur la recherche de planètes extrasolaires et de leurs propriétés fondamentales, telles que leur masse et leur période orbitale. Les astronomes tentent désormais d’en savoir plus sur les planètes avec de nouveaux télescopes : ils veulent notamment savoir quelles exoplanètes ont une atmosphère, de quoi elles sont constituées et s’il existe des conditions préalables à la vie extraterrestre. Dans une interview avec World of Physics, Laura Kreidberg de l’Institut Max Planck d’Astronomie de Heidelberg rend compte du rôle que joue le télescope spatial James Webb, ou JWST en abrégé, et des connaissances qu’elle espère acquérir à l’avenir.

Monde de la physique : Vous faites partie des chanceux qui travaillent sur le nouveau télescope James Webb. Qu’est-ce que ça fait de travailler avec le télescope spatial le plus moderne ?

Laura Kreidberg : Fantastique ! Hormis quelques problèmes techniques mineurs, les performances du télescope dépassent nos rêves les plus fous. La qualité des données est excellente et les résultats sont de plus en plus nombreux. Presque chaque semaine, nous observons un nouveau résultat spectaculaire qui représente un changement de paradigme par rapport à notre compréhension antérieure. Nous vivons vraiment une période extraordinaire !

Son domaine de recherche porte sur les atmosphères des exoplanètes. Comment utiliser le JWST pour étudier l’atmosphère d’une planète à des années-lumière ?

Même avec le JWST, nous ne pouvons pas séparer la planète et l’étoile. Nous ne voyons que leur lumière partagée. Cependant, lorsqu’une planète transite – en passant périodiquement derrière et devant son étoile – la lumière de la planète est bloquée à certains moments. En mesurant ces minuscules changements de luminosité, nous pouvons déterminer la luminosité de la planète et la température de sa surface. La température nous indique alors si une atmosphère est présente. Car sans atmosphère, toute la lumière que reçoit la planète ne fait que chauffer sa face diurne. En revanche, une atmosphère dense transporte la chaleur du côté jour vers le côté nuit. Un côté jour plus frais indique donc la présence d’une atmosphère.

L’un de vos objectifs est d’étudier Trappist-1, un système planétaire composé de sept planètes en orbite autour d’une étoile située à 40 années-lumière. Qu’avez-vous déjà découvert sur Trappist-1 ?

Nous observerons les sept planètes de ce système avec le JWST, et des données sont déjà disponibles pour certaines d’entre elles. Quant à Trappist-1b, la planète la plus intérieure, je suis presque sûr qu’elle n’a pas d’atmosphère. C’est la planète la plus chaude, ce qui rend particulièrement difficile la rétention d’une atmosphère. Trappist-1c est vraiment intéressant car il a presque la même taille et la même température que Vénus. Notre première hypothèse était donc que, comme Vénus, elle possède peut-être une atmosphère épaisse dominée par le dioxyde de carbone. Mais nos observations ont montré que ce n’est pas le cas. Nous pouvons exclure une atmosphère semblable à celle de Vénus. Et nous ne savons encore rien des planètes extérieures.

TRAPPIST-1 et ses planètes

Que se passe-t-il si vous trouvez une atmosphère sur une exoplanète ?

Ensuite, nous voulons utiliser les spectres pour découvrir de quoi est composée l’atmosphère. Nous rechercherons également des biosignatures dans les spectres et peut-être même trouverons des preuves de vie. Il existe de nombreuses idées différentes sur ce que pourrait être une biosignature : l’exemple classique serait une atmosphère d’oxygène et de méthane comme sur Terre. Mais il existe de nombreuses autres combinaisons de molécules qui pourraient indiquer la vie. Si nous sommes incroyablement chanceux avec le JWST, si une planète appropriée est accessible à nos observations, si elle possède juste la bonne biosignature, nous pourrons peut-être détecter une telle signature – mais cela fait beaucoup de « si » !

Vous n’avez pas l’air trop optimiste.

Nous voulons tous y parvenir – l’optimisme est une condition préalable importante pour y parvenir. Mais la question de la vie sur d’autres planètes ne se pose pas pour les cinq prochaines années. C’est une question pour un avenir plus lointain. C’est pourquoi la recherche de biosignatures sera l’objectif principal de l’Observatoire des mondes habitables, une mission spatiale de nouvelle génération proposée par la NASA. Et l’ESA développe également actuellement un concept de mission complémentaire, la mission LIFE. Avec le JWST, la recherche de biomarqueurs est, à mon avis, surfaite.

Selon vous, à quoi le JWST est-il particulièrement adapté ?

Je pense que la grande contribution du JWST sera de montrer quelles planètes ont même une atmosphère. Ceci est particulièrement intéressant pour les planètes rocheuses qui ont une surface solide comme la Terre. Et si nous trouvons une atmosphère sur une telle planète, le JWST nous donnera des indices sur les composants chimiques de base. Le niveau de détail suivant – la recherche de biosignatures – est alors une tâche pour les futurs observatoires.

Votre deuxième objectif est d’étudier l’exoplanète LHS 3844 b avec le JWST. Qu’est-ce qui vous intéresse sur cette planète ?

Nous nous intéressons principalement à la surface de la planète. Découvrir quel type de roche se trouve là-bas nous renseignera sur l’histoire géologique de la planète. Y avait-il là peut-être une activité volcanique, la surface était-elle autrefois recouverte de lave ? Y a-t-il déjà eu de l’eau liquide ? Au fait, quel âge a la surface ? Nous disposons déjà des premières données, mais l’évaluation n’est pas encore terminée.

Quel est le lien entre l’histoire géologique de la planète et son habitabilité ?

Par exemple, on pense que l’activité des plaques tectoniques de la Terre joue un rôle central dans la régulation du climat. En étudiant LHS 3844 b, nous souhaitons tester si les exoplanètes peuvent avoir des structures internes similaires à celles de la Terre. Cependant, la température d’équilibre de cette planète est de 800 degrés Celsius, ce qui la rend beaucoup trop chaude pour la vie. Mais même si elle est inhabitable, elle peut nous en apprendre beaucoup sur le développement et la structure interne des planètes rocheuses.

On dirait que vous n’êtes qu’au début d’un voyage scientifique passionnant. Trouvez-vous parfois le travail difficile, voire monotone ?

Je ne décrirais pas nécessairement mon travail académique comme monotone, mais il est définitivement difficile. D’après mon expérience personnelle, je dirais que la plupart de mes idées n’ont pas fonctionné d’une manière ou d’une autre. Par exemple, la planète ne ressemblait pas à ce à quoi je m’attendais. Mais j’aime m’aventurer ainsi dans l’inconnu. Parce que nous découvrons de nouveaux mondes que personne n’a vus auparavant. Même si les résultats ne répondent pas toujours à vos attentes, c’est toujours passionnant d’être un scientifique et d’apprendre toutes ces nouvelles choses.

Selon vous, quelles sont vos chances de trouver des preuves de vie sur une exoplanète pendant votre carrière d’astronome ?

J’en suis convaincu – et je vais vous dire pourquoi : nous savons que les planètes rocheuses sont extrêmement courantes. Environ dix pour cent de toutes les étoiles ont une planète rocheuse dont la taille et la température sont similaires à celles de la Terre. Il y a 100 milliards d’étoiles dans la Voie Lactée, ce qui représente 10 milliards de planètes potentiellement habitables rien que dans notre galaxie.

Et maintenant, il y a une toute nouvelle génération de scientifiques qui consacrent leur carrière à l’étude de ces planètes ! Avec le JWST, nous apprendrons quelles planètes nous devrions examiner de plus près et quels environnements pourraient être propices à la vie. Et grâce aux observatoires de nouvelle génération, nous pourrons alors rechercher des biosignatures à l’avenir. Nous savons que l’eau est très courante – un ingrédient nécessaire à la vie. Après tout, il existe une planète rocheuse contenant de l’eau liquide dans notre système solaire. Cela ne me surprendrait pas s’il existait une sorte de vie sur les planètes avec les bons ingrédients. Et je pense que nous pouvons le trouver.