C'est un fait bien connu que toutes les étoiles ont une durée de vie. Cela commence par leur formation, puis se poursuit à travers leur phase de séquence principale (qui constitue la majorité de leur vie) avant de se terminer par la mort. Dans la plupart des cas, les étoiles gonfleront jusqu'à plusieurs centaines de fois leur taille normale à la sortie de la phase de séquence principale de leur vie, période pendant laquelle elles consommeront probablement toutes les planètes qui orbitent près d'elles.
Cependant, pour les planètes qui gravitent autour de l'étoile à de plus grandes distances (au-delà de la «ligne de givre» du système, essentiellement), les conditions peuvent en fait devenir suffisamment chaudes pour qu'elles puissent soutenir la vie. Et selon de nouvelles recherches qui viennent de l'Institut Carl Sagan de l'Université Cornell, cette situation pourrait durer pendant des milliards d'années pour certains systèmes stellaires, donnant naissance à des formes entièrement nouvelles de vie extraterrestre!
Dans environ 5,4 milliards d'années, notre Soleil quittera sa phase de séquence principale. Après avoir épuisé le combustible hydrogène dans son cœur, les cendres d'hélium inertes qui s'y sont accumulées deviendront instables et s'effondreront sous leur propre poids. Cela entraînera le noyau à chauffer et à se densifier, ce qui à son tour fera grossir le Soleil et entrera dans ce que l'on appelle la phase de la branche géante rouge (RVB) de son évolution.
Cette période commencera avec notre Soleil devenant un sous-géant, dans lequel il doublera lentement de taille au cours d'environ un demi-milliard d'années. Il passera ensuite le prochain demi-milliard d'années à se développer plus rapidement, jusqu'à ce qu'il soit 200 fois sa taille actuelle et plusieurs milliers de fois plus lumineux. Ce sera alors officiellement une étoile géante rouge, qui finira par s'étendre au point où elle atteindra l'orbite de Mars.
Comme nous l'avons exploré dans un article précédent, la planète Terre ne survivra pas à ce que notre Soleil devienne un géant rouge - pas plus que Mercure, Vénus ou Mars. Mais au-delà de la «ligne de gel», où il fait suffisamment froid pour que les composés volatils - tels que l'eau, l'ammoniac, le méthane, le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone - restent dans un état gelé, les géants gazeux, les géants de glace et les planètes naines restants survivront . Non seulement cela, mais un dégel massif s'installera.
En bref, lorsque l'étoile se dilate, sa «zone habitable» fera probablement de même, englobant les orbites de Jupiter et de Saturne. Lorsque cela se produit, des lieux autrefois inhabitables - comme les lunes joviennes et croniennes - pourraient soudainement devenir habitables. Il en va de même pour de nombreuses autres étoiles de l'Univers, qui sont toutes destinées à devenir des géants rouges à l'approche de la fin de leur vie.
Cependant, lorsque notre Soleil atteindra sa phase de branche de géant rouge, il ne devrait lui rester que 120 millions d'années de vie active. Ce n'est pas assez de temps pour que de nouvelles formes de vie émergent, évoluent et deviennent vraiment complexes (c'est-à-dire comme les humains et d'autres espèces de mammifères). Mais selon une étude récente publiée dans The Astrophysical Journal - intitulé «Zone habitable d'étoiles de séquence post-principale» - certaines planètes peuvent rester habitables autour d'autres étoiles géantes rouges dans notre univers pendant plus longtemps - jusqu'à 9 milliards d'années ou plus dans certains cas!
Pour mettre cela en perspective, neuf milliards d'années sont près du double de l'âge actuel de la Terre. En supposant donc que les mondes en question ont également la bonne combinaison d'éléments, ils auront amplement le temps de donner naissance à des formes de vie nouvelles et complexes. La co-auteure de l'étude, la professeure Lisa Kaltennegeris, est également directrice de l'Institut Carl Sagan. En tant que telle, elle n'est pas étrangère à la recherche de vie dans d'autres parties de l'Univers. Comme elle l'a expliqué à Space Magazine par e-mail:
«Nous avons constaté que les planètes - en fonction de la taille de leur Soleil (plus l'étoile est petite, plus la planète peut rester habitable) - peuvent rester belles et chaudes jusqu'à 9 milliards d'années. Cela fait d'une vieille star un endroit intéressant pour chercher la vie. Cela pourrait avoir commencé sous la surface (par exemple dans un océan gelé), puis lorsque la glace fond, les gaz que la vie inspire et expire peuvent s'échapper dans l'atmosphère - ce qui permet aux astronomes de les ramasser comme signatures de la vie. Ou pour les plus petites étoiles, le temps où une planète autrefois gelée peut être agréable et chaude peut atteindre 9 milliards d'années. Ainsi, la vie pourrait même commencer à ce moment-là. »
En utilisant les modèles existants d'étoiles et leur évolution - à savoir le climat unidimensionnel radiatif-convectif et les modèles d'évolution stellaire - pour leur étude, Kaltenegger et Ramirez ont pu calculer les distances des zones habitables (HZ) autour d'une série de séquences post-principales (post-MS) étoiles. Ramses M. Ramirez - associé de recherche à l'Institut Carl Sagan et principal auteur du document - a expliqué le processus de recherche au magazine Space par e-mail:
«Nous avons utilisé des modèles évolutifs stellaires qui nous indiquent comment les quantités stellaires, principalement la luminosité, le rayon et la température changent avec le temps à mesure que l'étoile vieillit à travers la phase géante rouge. Nous avons également utilisé un modèle climatique pour calculer la quantité d'énergie produite par chaque étoile aux limites de la zone habitable. Sachant cela et la luminosité stellaire mentionnée ci-dessus, nous pouvons calculer les distances à ces limites de zone habitable. "
En même temps, ils ont examiné comment ce type d'évolution stellaire pouvait affecter l'atmosphère des planètes de l'étoile. Lorsqu'une étoile se dilate, elle perd de la masse et l'éjecte vers l'extérieur sous forme de vent solaire. Pour les planètes qui orbitent près d'une étoile, ou celles qui ont une faible gravité superficielle, elles peuvent trouver une partie ou la totalité de leur atmosphère explosée. En revanche, les planètes de masse suffisante (ou positionnées à une distance de sécurité) pourraient maintenir la plupart de leurs atmosphères.
"Les vents stellaires de cette perte de masse érodent les atmosphères planétaires, que nous calculons également en fonction du temps", a déclaré Ramirez. «À mesure que l'étoile perd de la masse, le système solaire conserve son élan angulaire en se déplaçant vers l'extérieur. Donc, nous prenons également en compte la façon dont les orbites se déplacent avec le temps. » En utilisant des modèles intégrant le taux de perte stellaire et atmosphérique au cours des phases de la branche géante rouge (RVB) et de la branche géante asymptotique (AGB), ils ont pu déterminer comment cela se produirait pour les planètes dont la taille allait de super- Des lunes aux super-Terres.
Ce qu'ils ont découvert, c'est qu'une planète peut rester dans une zone post-HS HZ pendant des éons ou plus, en fonction de la chaleur de l'étoile, et en recherchant des métallités similaires à celles de notre Soleil. Comme l'a expliqué Ramirez:
«Le principal résultat est que la durée maximale pendant laquelle une planète peut rester dans cette zone habitable géante rouge d'étoiles chaudes est de 200 millions d'années. Pour notre étoile la plus fraîche (M1), le temps maximum qu'une planète peut rester dans cette zone habitable géante rouge est de 9 milliards d'années. Ces résultats supposent des niveaux de métallicité similaires à ceux de notre Soleil. Une étoile avec un pourcentage plus élevé de métaux met plus de temps à fusionner les non-métaux (H, He..etc) et donc ces durées maximales peuvent augmenter un peu plus, jusqu'à environ un facteur deux.
Dans le contexte de notre système solaire, cela pourrait signifier que dans quelques milliards d'années, des mondes comme Europa et Encelade (qui sont déjà soupçonnés d'avoir la vie sous leurs surfaces glacées) pourraient tenter de devenir des mondes habitables à part entière. Comme Ramirez l'a magnifiquement résumé:
«Cela signifie que la séquence post-principale est une autre phase potentiellement intéressante de l'évolution stellaire du point de vue de l'habitabilité. Bien après que le système intérieur des planètes ait été transformé en friches grésillantes par l'étoile géante rouge en expansion, il pourrait y avoir des demeures potentiellement habitables plus éloignées du chaos. S'ils sont des mondes gelés, comme Europa, la glace fondrait, dévoilant potentiellement toute vie préexistante. Une telle vie préexistante peut être détectable par de futures missions / télescopes à la recherche de biosignatures atmosphériques.”
Mais la conclusion la plus excitante de leur étude était peut-être leur conclusion que les planètes en orbite dans les zones habitables post-SM de leur étoile le feraient à des distances qui les rendraient détectables à l'aide de techniques d'imagerie directe. Ainsi, non seulement les chances de trouver la vie autour d'étoiles plus âgées sont meilleures que ce que l'on pensait, mais nous ne devrions pas avoir de mal à les repérer en utilisant les techniques actuelles de chasse aux exoplanètes!
Il convient également de noter que Kaltenegger et le Dr Ramirez ont soumis un deuxième article pour publication, dans lequel ils fournissent une liste de 23 étoiles géantes rouges à moins de 100 années-lumière de la Terre. Sachant que ces étoiles, qui se trouvent toutes dans notre voisinage stellaire, pourraient avoir des mondes vitaux dans leurs zones habitables devraient offrir des opportunités supplémentaires aux chasseurs de planètes dans les années à venir.
Et n'oubliez pas de regarder cette vidéo de Cornellcast, où le professeur Kaltenegger partage ce qui inspire sa curiosité scientifique et comment les scientifiques de Cornell travaillent pour trouver des preuves de la vie extraterrestre.
