La présence potentielle de vie autour d’une étoile éteinte n’est plus à exclure depuis longtemps, mais encore faudrait-il savoir la détecter. Des astronomes de l’Institut Carl Sagan à l’Université de Cornell ont mis au point un "petit guide" pour repérer d’éventuelles biosignatures sur des planètes en orbite autour de naines blanches, stade final de l’évolution d’une étoile de taille moyenne (de huit à dix fois la masse du Soleil au maximum).

Arrivées à cette étape ultime de leur vie, les étoiles prennent la taille d'une petite planète comme la Terre mais possèdent encore assez d'énergie pour illuminer plusieurs planètes. De tels systèmes sont alors des candidats privilégiés pour la recherche de la vie selon la méthode du transit. Celle-ci consiste à observer la lumière de l’étoile lorsque l’une de ses planètes passe devant elle. Si ladite planète possède une atmosphère, une partie de la lumière de l’étoile se trouve absorbée par le cocon gazeux. La lumière qui nous parvient de l’étoile est donc modifiée. Moins l’étoile est lumineuse, plus cette modification est marquée. Il est donc beaucoup plus simple d'identifier les composants atmosphériques d'une planète orbitant autour d'une naine blanche que d'une planète semblable à la Terre orbitant autour d'une étoile similaire au Soleil.

"Savoir quoi chercher"

Dans une étude publiée le 30 avril 2020 dans la revue Astrophysical Journal Letters, l’équipe de Cornell a donc établi quelles pourraient être les empreintes spectrales de ces mondes rocheux gravitant autour d’une naine blanche. "S’ils observaient un transit de ce type de planète, les scientifiques pourraient découvrir de quoi est faite son atmosphère en se référant à cet article, autrement dit en mettant en parallèle son empreinte spectrale (avec nos données). La publication de ce type de guide permet aux observateurs de savoir quoi chercher", explique Thea Kozakis, doctorante en astronomie et première auteure de l’article, dans un communiqué. [...]

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Le désert d'Atacama, dans le nord du Chili, est réputé pour être l'un des endroits les plus secs de la planète. Et pour cause, il a été choisi pour accueillir les plus puissants télescopes terrestres qui réclament pour fonctionner une absence d'humidité et des conditions climatiques d'une stabilité extrême. Il est aussi l'un des endroits du monde où l'on recense la plus faible densité d'activité organique, faisant de lui un terrain d'expérimentation idéal dans la recherche de vie extraterrestre. Lors d'une phase de test avant son envoi sur Mars, le rover Zoë de la Nasa y avait toutefois repéré des colonies de bactéries et de lichens. De quoi prouver que la vie peut se nicher partout, même là où on l'y attend le moins. Mais par quel truchement ?

De véritables "pompes à eau"

Une étude financée par l'armée américaine et menée par les Universités de Californie à Irvine et Riverside et l'Université Johns Hopkins montre que certains organismes ont plus d'un tour dans leur sac. On y apprend que les cyanobactéries, plus précisément, sont capables de survivre en extrayant de l'eau des roches qu'elles colonisent. Lors de travaux sur le terrain comme en laboratoire, l'équipe s'est concentrée sur les interactions de Chroococcidiopsis, une espèce de cyanobactéries parmi les plus primitives au monde, et de gypse, une roche tendre à base de sulfate hydraté de calcium. Chroococcidiopsis a, elle, la dent dure : on la trouve dans les déserts du monde entier. Dans le désert d'Atacama, ses colonies ont été trouvées sous une mince couche de roche, comme une barrière de protection contre les températures écrasantes, le fort rayonnement solaire et les vents violents.

Une observation a mis la puce à l'oreille des chercheurs : partout où des colonies de Chroococcidiopsis avaient été localisées, le gypse avait muté en anhydrite, une roche plus dense et plus dure. Dans des conditions haute température et de migration d'eau, l'anhydrite prend généralement la place du gypse, comme une évolution naturelle. De quoi laisser penser que les cyanobactéries s'étaient directement abreuvées dans la roche, modifiant ainsi jusqu'à sa nature. "Notre analyse des échantillons de roche colonisés par les bactéries a révélé une phase déshydratée de sulfate de calcium, laissant penser que ces micro-organismes extrayaient l'eau du minéral pour survivre", a déclaré David Kisailus, auteur principal et professeur de sciences et d'ingénierie des matériaux à Irvine. "Il nous fallait ensuite faire des expériences plus contrôlées pour valider cette hypothèse."

Emprunter le chemin le plus court

Les petits organismes ont ainsi été encouragés à coloniser des cubes de roches d'un demi-millimètre de côté dans deux conditions distinctes : l’une en présence d'eau, pour imiter un environnement très humide, l’autre dans un environnement au contraire très sec. En présence de d’humidité, le gypse n’a pas muté en anhydrite. "Les bactéries n'avaient pas besoin de l’eau contenue dans la roche. Elles pouvaient la trouver dans leur environnement", a expliqué David Kisailus. Mais face à la sécheresse extrêmes, les microbes n’ont eu d'autre choix que d'extraire l'eau du gypse, induisant cette transformation de phase dans le matériau. Plus surprenant encore, les chercheurs ont observé que les cyanobactéries pénétraient la roche dans des directions cristallographiques spécifiques : uniquement le long de certains plans où elles pouvaient accéder plus facilement à l’eau. De vraies petites mineuses.

"Les scientifiques soupçonnaient depuis longtemps que des micro-organismes pouvaient extraire l'eau des minéraux, mais ceci en est la première démonstration", assure Jocelyne DiRuggiero, professeure agrégée de biologie à l’Université Johns Hopkins et coauteur de l’article, publié le 4 mai 2020 dans la revue PNAS. "Il s'agit d'une stratégie de survie incroyable élaborée par ces micro-organismes vivant à la limite du possible. Elle fournit de précieuses informations dans notre recherche de vie ailleurs."

Mais pourquoi diantre l’armée américaine s’intéresse-t-elle à ces micro-organismes ? Pour son Laboratoire de recherche en biologie synthétique, de tels résultats s'avèrent précieux. Selon le Dr Matthew Perisin, chercheur en biotechnologie au laboratoire, "les mécanismes de survie microbienne pourraient être mis à profit dans la bioproduction (la production de biomatériaux et de biomolécules stratégiques dans l'équipement, l'armement ou encore l'industrie pharmaceutique) ou encore dans le développement de capteurs sensibles dans des environnements militaires difficiles." 

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Située dans la constellation du dragon, l’étoile répondant au nom d’HD 158 259 et autour de laquelle gravite le fameux système a été observée pendant sept ans par le spectrographe SOPHIE de l’Observatoire de Haute Provence.

Autour d’elle gravitent six planètes, cinq "mini-Neptunes" et une "super-Terre". Les "mini-Neptunes" sont des planètes dont la taille est sensiblement inférieure à la huitième planète de notre système solaire mais qui possèdent des caractéristiques communes avec elle, comme une épaisse atmosphère. Le système découvert est très compact, c’est-à-dire que les planètes sont toutes très proches de leur étoile, et les unes des autres. Pour donner un ordre d’idée, la planète la plus éloignée d’HD158 259 est trois fois plus proche de son étoile que Mercure ne l’est de notre Soleil.

La résonance orbitale, un phénomène singulier

Autre particularité : les planètes sont dans une configuration proche de ce qu’on appelle une résonance orbitale. Ce phénomène se produit lorsque plusieurs planètes se retrouvent périodiquement dans la même configuration après avoir effectué un nombre d’orbites potentiellement différent.

Pour comprendre ce phénomène, comme le suggèrent Nathan Hara et Jean-Baptiste Delisle, - respectivement premier auteur et co-auteur de l’étude - l’on peut envisager une situation idéale où le phénomène de résonance serait "parfait", avec par exemple une résonance de rapport 2/1. Dans ce cas, la planète interne (la plus proche de l'étoile) effectue exactement deux tours autour de l'étoile pendant que l'externe en fait exactement un. Ainsi, le système se retrouve exactement dans la même configuration de manière périodique (après deux tours de l'interne et un tour de l'externe).

À cause de cette périodicité, après un grand nombre d'orbites, les perturbations entre planètes ne s'annulent pas, comme c’est le cas dans un système non résonant, mais au contraire s'accumulent de manière systématique dans une direction spécifique.

Les interactions entre deux planètes résonantes génèrent donc sur le long terme des perturbations bien plus importantes de leurs orbites. "On dit parfois de manière informelle que les planètes "se parlent", elles ont de l’influence l'une sur les l'autre", nous expliquent Nathan Hara et Jean-Baptiste Delisle.

En réalité, les deux corps ne se retrouvent pas exactement dans la même position, et l’on parle de résonance lorsque les planètes sont suffisamment proches de cette situation idéale. Par exemple, les périodes de Pluton et Neptune sont suffisamment proches d’un rapport 3/2 pour que l’on parle de résonance entre ces deux corps. Des planètes peuvent aussi être proches d’une résonance, sans l'atteindre. Cette situation se produit communément chez les exoplanètes, ce qui appuie certains scénarios de formation planétaire.

L’exemple célèbre de TRAPPIST-1...

On connaît plusieurs systèmes planétaires dits en chaîne de proche-résonance, où toutes les planètes sont proches de la résonance avec leurs plus proches voisines. Les sept planètes du système TRAPPIST-1 en sont un exemple célèbre. Lorsque la planète la plus proche de l’étoile fait huit orbites, la deuxième en fait cinq. On parle de résonance 8/5. Lorsque la deuxième fait cinq orbites, la troisième en fait trois (résonance 5/3). La chaîne continue avec des résonances 3/2, 3/2, 4/3, 3/2. Ici, les planètes ont toutes une influence importante les unes sur les autres. "On dit aussi que TRAPPIST-1 est compact. Selon les auteurs et la question scientifique traitée, compact peut être défini de manière un peu différente, détaillent Nathan Hara et Jean-Baptiste Delisle. Il peut s’agir de systèmes où le rapport de période de deux planètes consécutives est toujours inférieur à deux, ou de systèmes où toutes les planètes sont proches de leur étoile. L’idée générale est bien résumée par le mot compact: toutes les planètes sont groupées les unes près des autres et proches de leur étoile. Quelle que soit la définition précise que l’on adopte, il apparaît dans les systèmes planétaires connus une sous-classe de systèmes compacts et proche d'une chaîne de résonance, dont HD 158259 fait partie."  [...]

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La sonde japonaise Hayabusa2 a quitté la Terre en 2014 pour atteindre sa cible, l'astéroïde Ryugu quatre ans plus tard. Cet astre situé entre la Terre et Mars est un gros caillou de 900 mètres de diamètre globalement sphérique et composé majoritairement de carbone et d'eau. La sonde a passé plusieurs années à l'observer et a envoyé à sa surface deux petits atterrisseurs Minerva2 et Mascot.

Deux descentes à risque

Mais les manœuvres les plus compliquées ont été réalisées en février et août 2019 : Hayabusa2 est descendue à deux reprises vers la surface de Ryugu pour y effectuer un bref contact et prélever des échantillons du sol. Les deux "touchdown" ont été réalisés avec succès et l'engin avec sa précieuse cargaison est en route vers la Terre depuis novembre 2019. Durant sa première descente, la sonde a réalisé des vidéos et des photographies qui sont dévoilées dans la revue Science. Elles donnent l'occasion d'analyser la géologie de la surface et de comprendre une partie de son histoire passée.

Des observations antérieures faites en orbite par Hayabusa2 ont montré que la surface de Ryugu est composée de deux types de matériaux différents : foncés et rugueux, à la surface friable, ou clairs et lisses. Les premiers apparaissent légèrement rougeâtre tandis que les seconds sont bleutés. La cause de cette variation de couleur est cependant restée inconnue jusqu'à l'atterrissage de Rygu : les photographies prises pourraient permettre de l'élucider.

Un passage près du Soleil 

Lorsque les roues de la sonde ont touché la surface de l'astéroïde, les caméras ont montré que ses propulseurs agitaient un revêtement de matériau sombre à grain fin qui semblait correspondre aux matériaux plus rouges de la surface. En reliant ces résultats à la stratigraphie des cratères de l'astéroïde, les chercheurs qui ont analysé les images estiment que la coloration rougeâtre d'une partie de la surface a été causée par une courte période de chauffage solaire intense, ce qui pourrait s'expliquer si l'orbite de Ryugu s'est temporairement tournée vers le Soleil dans son passé. Pour en savoir plus, il faudra attendre l'étude des échantillons qui seront ramenés par Hayabusa2 à la fin de l'année, en espérant qu'elle ait réussi à collecter les deux types de matériaux.

Source: sciencesetavenir.fr
Source: https://www.sciencesetavenir.fr/espace/systeme-solaire/les-images-du-premier-contact-entre-l-asteroide-ryugu-et-la-sonde-hayabusa2_144150