“Ils sont là-bas”, dit la plaisanterie courante sur les extraterrestres. Cela semblerait plus susceptible d’être vrai à la lumière d’un 2019 étude par des astrophysiciens du Georgia Institute of Technology qui ont modélisé l’évolution des inclinaisons axiales d’analogues semblables à la Terre dans différents systèmes stellaires, y compris des étoiles binaires. L’inclinaison axiale de la Terre ne varie que légèrement, un ingrédient important pour la stabilité du climat qui favorise l’évolution de la vie complexe. De tous leurs analogues terrestres simulés avec des inclinaisons axiales similaires à celles de la Terre, les astrophysiciens ont découvert que 87 % d’entre eux se trouvaient dans des systèmes stellaires binaires.
« Les systèmes à plusieurs étoiles sont courants et environ 50 % des étoiles ont des étoiles compagnes binaires. Ainsi, cette étude peut être appliquée à un grand nombre de systèmes solaires », a déclaré Gongjie Lico-chercheur de l’étude à la Georgia Tech’s School of Physics.
Inclinaison de l’axe de la Terre contre Mars
Les chercheurs ont commencé par comparer la façon dont l’inclinaison de l’axe de la Terre, également appelée obliquité, varie dans le temps avec la variation de l’inclinaison de l’axe de Mars. Alors que les légères variations d’obliquité de notre planète ont été excellentes pour un climat vivable et pour l’évolution, les variations sauvages de l’inclinaison de l’axe de Mars ont peut-être contribué à détruire son atmosphère, comme expliqué dans la section ci-dessous.
Notre voisin le plus proche rejeté
Ensuite, les chercheurs ont modélisé la Terre en zones habitables, ou Goldilocks, dans Alpha Centauri AB – le voisin le plus proche de notre système solaire, un système binaire avec une étoile appelée “A” et l’autre “B”. Après cela, ils ont étendu le modèle à une portée plus universelle. “Nous avons simulé ce que ce serait autour d’autres binaires avec de multiples variations des masses des étoiles, des qualités orbitales, etc.”, a déclaré Billy Quarles, chercheur principal de l’étude et chercheur au laboratoire de Li. “Le message global était positif, mais pas pour notre voisin le plus proche.”
Alpha Centauri A n’avait en fait pas l’air mal, mais les perspectives d’une dynamique d’axe douce sur une exo-Terre modélisée autour de l’étoile B étaient misérables. Cela peut étouffer certains espoirs car Alpha Centauri AB est à quatre années-lumière et une mission nommée Starshot avec des bailleurs de fonds de renom prévoit de lancer une sonde spatiale pour rechercher des signes de vie avancée là-bas.
Aucune exoplanète n’a été confirmée autour de A ou B ; une exoplanète a été confirmée autour de l’étoile naine rouge Proxima Centauri, mais il est très probable qu’elle soit inhabitable.
Même avec ses périodes glaciaires et ses phases chaudes, le cadre climatologique de la Terre est resté calme pendant des centaines de millions d’années – en partie à cause de sa dynamique orbitale et d’inclinaison de l’axe modérée – permettant à l’évolution de faire de grands progrès. Des dynamiques extrêmement variables, et donc le climat, comme sur Mars, tueraient régulièrement la vie avancée, retardant l’évolution.
L’orbite de la Terre autour du soleil est sur une légère pente qui oscille doucement et très lentement à travers une légère précession, une sorte d’oscillation. Lorsque la Terre tourne, elle change de position par rapport au soleil, l’encerclant un peu comme un dessin de spirographe. L’orbite précède également en forme entre un peu plus et un peu moins oblong sur des périodes de 100 000 ans.
Terre – Le modèle Exo ?
L’inclinaison de l’axe de la Terre précède entre 22,1 et 24,5 degrés au cours de 41 000 ans. Notre grande lune stabilise notre inclinaison grâce à sa relation gravitationnelle avec la Terre, sinon des interconnexions gravitationnelles rebondissantes avec Mercure, Vénus, Mars et Jupiter secoueraient notre inclinaison avec des résonances.
“Si nous n’avions pas la lune, l’inclinaison de la Terre pourrait varier d’environ 60 degrés”, a déclaré Quarles. “Nous ressemblerions peut-être à Mars, et la précession de son axe semble avoir contribué à épuiser son atmosphère.” L’axe de Mars précède entre 10 degrés et 60 degrés tous les 2 millions d’années. À l’inclinaison de 10 degrés, l’atmosphère se condense aux pôles, créant des bouchons qui enferment une grande partie de l’atmosphère dans la glace. À 60 degrés, Mars pourrait développer une ceinture de glace autour de son équateur.
L’espoir à l’échelle cosmique
Dans Alpha Centauri AB, l’étoile B, à peu près de la taille de notre soleil, et la plus grande étoile, A, tournent l’une autour de l’autre à peu près à la distance entre Uranus et notre soleil, ce qui est très proche pour deux étoiles dans un système binaire. L’étude a modélisé les variations d’une exo-Terre en orbite autour de l’une ou l’autre des étoiles, mais s’est concentrée sur une orbite terrestre modélisée dans la zone habitable centrée autour de B, A étant l’étoile en orbite.
L’orbite de A est très elliptique, passant à proximité puis s’éloignant très loin de B et projetant une gravité puissante qui, dans le modèle, a maîtrisé la propre dynamique de l’exo-Terre. Son inclinaison et son orbite variaient considérablement; ajouter notre lune au modèle n’a pas aidé. « Autour d’Alpha Centauri B, si vous n’avez pas de lune, vous avez un axe plus stable que si vous avez une lune. Si vous avez une lune, c’est plutôt une mauvaise nouvelle », a déclaré Quarles.
Même sans lune et avec une légère variabilité d’axe, une évolution complexe et semblable à la Terre semblerait avoir du mal sur l’exo-Terre modélisée autour de B. “Le plus grand effet que vous verriez est les différences dans les cycles climatiques liés à l’allongement de l’orbite . Au lieu d’avoir des périodes glaciaires tous les 100 000 ans comme sur Terre, elles peuvent survenir tous les 1 million d’années, être pires et durer beaucoup plus longtemps », a déclaré Quarles.
“Petit Sweet Spot”
Mais une lueur d’espoir pour des conditions semblables à celles de la Terre est apparue dans le modèle : « L’orbite et le spin planétaires doivent précéder juste par rapport à l’orbite binaire. Il y a ce petit sweet spot », a déclaré Quarles.
Lorsque les chercheurs ont étendu le modèle aux systèmes binaires de l’univers, la probabilité de légères variations d’obliquité a explosé. “En général, la séparation entre les étoiles est plus grande dans les systèmes binaires, puis la deuxième étoile a moins d’effet sur le modèle de la Terre. La propre dynamique du mouvement de la planète domine les autres influences, et l’obliquité a généralement une plus petite variation », a déclaré Li. “Donc, c’est assez optimiste.”
Dans un courriel au Galaxie quotidienne, Li a écrit: «Les compagnons binaires stellaires influencent les orbites des planètes semblables à la Terre, ce qui entraîne des résonances spin-orbite et des variations d’obliquité. Nous avons constaté qu’une planète semblable à la Terre connaîtrait des variations d’obliquité plus faibles (par rapport à la Terre) pour environ ~ 70 % des binaires de type solaire. Cela pourrait impliquer des variations climatiques plus sévères dues aux variations d’obliquité pour certains des mondes extraterrestres, mais les contraintes sur le développement de la civilisation avancée sont compliquées et dépassent la portée de notre étude.
Depuis 2019, Quarles, Li et Lissauer ont poursuivi leurs recherches sur la précession et les effets dynamiques sur des analogues de type terrestre dans des binaires de type Alpha Centauri. Dans un courriel au Galaxie quotidienneQuarles a écrit: «Nous nous sommes tournés vers des modèles climatiques simples utilisant le bilan énergétique, qui fait l’objet de nos travaux les plus récents.”
Impact des variations d’ubiquité
Interrogé sur la manière dont les variations d’obliquité – telles que l’époque actuelle de l’Holocène sur Terre – pourraient affecter le développement des civilisations avancées, Quarles a répondu dans un e-mail à La galaxie quotidienne, “Les questions concernant l’Holocène ou le développement d’une civilisation avancée font une série d’hypothèses sur la longévité de la civilisation malgré les influences environnementales. Au cours des années 70 et 80, il semblait incertain que l’humanité se détruirait et que la civilisation pourrait être très transitoire. Sans tenir compte de ce problème, nos nouveaux travaux montrent que de très longues transitions d’une obliquité faible à élevée peuvent conduire à des Terres boule de neige (couverture complète de glace), où des variations plus douces (mais toujours importantes par rapport à celles de la Terre) peuvent conduire à des états oscillants pour la distribution de la glace sur la surface (les calottes polaires ou une ceinture de glace).”
Les chercheurs ont publié leur étude, co-dirigée par Jack Lissauer du centre de recherche Ames de la NASA, dans Journal astrophysique le 19 novembre 2019, sous le titre : “Évolution de l’obliquité des planètes circumstellaires dans des binaires stellaires semblables au soleil.” La recherche a été financée par le programme d’exobiologie de la NASA.
Maxwell Moeastrophysicien, NASA Einstein Fellow, Université d’Arizona via Gongjie Li, Billy Quarles, Institut de technologie de la Géorgie et Eurekalert.org
Crédit image : NASA/ESA Hubble Space Telescope
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Maxwell Moe, astrophysicien, NASA Einstein Fellow, Université de l’Arizona. Max peut être trouvé deux nuits par semaine à sonder les mystères de l’univers à l’observatoire national de Kitt Peak. Max a obtenu son doctorat en astronomie de l’Université de Harvard en 2015.
