Les planètes peuvent avoir de l’oxygène même sans forme de vie, indique une étude

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La présence d’oxygène dans l’atmosphère d’une planète est un signe potentiel d’activité biologique. Une étude récente, cependant, a révélé que les planètes peuvent développer de l’oxygène par le biais de processus naturels, suggérant de faux signaux du gaz dans l’atmosphère, ce qui mine les conclusions sur les vies sur d’autres mondes.

Des recherches publiées dans AGU Advances indiquent qu’une planète rocheuse peut contenir de l’oxygène dans son atmosphère même sans formes de vie responsables de l’émission de gaz. Selon le premier auteur de l’étude, Joshua Krissansen-Totton, du Département d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Californie à Santa Cruz (UCSC), des télescopes avancés sont nécessaires qui peuvent, en plus de détecter l’oxygène, caractériser les environnements planétaires et rechercher plusieurs lignes de preuves de la vie.

« Ceci est utile car cela montre qu’il existe des moyens d’obtenir de l’oxygène de l’atmosphère sans vie, mais il y a d’autres observations que vous pouvez faire pour aider à distinguer ces faux positifs de la vraie affaire », a déclaré Krissansen-Totton, qui a également souligné la précision que chaque surface et matériau nécessite. «Pour chaque scénario, nous essayons de dire ce que votre télescope doit être capable de faire pour distinguer cela de l’oxygène biologique», a-t-il expliqué.

Selon le co-auteur Jonathan Fortney, professeur d’astronomie et d’astrophysique et directeur de l’Autre World Laboratory à l’UCSC, l’idée d’une étude idéale est de viser des planètes semblables à la Terre dans le but de comparer et de caractériser leurs atmosphères.

«Il y a eu beaucoup de discussions sur la question de savoir si la détection d’oxygène est un signe de vie« suffisant »», a-t-il expliqué. «Ce travail défend vraiment la nécessité de connaître le contexte de sa détection. Quelles autres molécules trouve-t-on en plus de l’oxygène, ou non, et qu’est-ce que cela vous dit sur l’évolution de la planète? », Demande le professeur.

L’équipe d’astronomes espère que d’ici 2030, ils pourront disposer d’un télescope capable de capturer des images et des spectres de planètes potentiellement semblables à la Terre autour d’étoiles similaires au soleil. L’outil doit être sensible à une large gamme de longueurs d’onde pour détecter différents types de molécules dans l’atmosphère d’une planète.

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Méthodes et résultats

Pour la découverte, les chercheurs se sont appuyés sur un modèle de calcul détaillé de bout en bout de l’évolution des planètes rocheuses, en commençant par leurs origines fondues et s’étendant sur des milliards d’années de cycles de refroidissement et géochimiques. Les résultats étaient étonnamment larges et variés.

Selon l’un des processus d’évolution utilisé par l’équipe, l’oxygène peut commencer à s’accumuler dans l’atmosphère d’une planète par l’action de la lumière ultraviolette, qui finit par diviser les molécules d’eau de l’atmosphère en hydrogène et oxygène. Parce qu’il est plus léger, l’hydrogène s’échappe dans l’espace, laissant de l’oxygène derrière lui. D’autres processus peuvent également finir par éliminer le gaz de l’atmosphère comme la fonte des roches.
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Les planètes peuvent développer de l’oxygène même sans formes de vie. Image: J. Krissansen-Totton
«Si vous exécutez le modèle pour la Terre, avec ce que nous pensons être l’inventaire initial des volatiles, vous obtiendrez le même résultat de manière fiable à chaque fois – sans vie, vous n’obtenez pas d’oxygène dans l’atmosphère», a expliqué Krissansen-Totton. «Mais nous avons également trouvé plusieurs scénarios où vous pouvez obtenir de l’oxygène sans vie», a-t-il conclu.

Une planète comme la Terre, qui commence avec plus d’eau dans son évolution, se retrouvera avec des océans plus profonds, exerçant une pression immense sur la croûte. Cela désactive l’activité géologique en ralentissant l’élimination de l’oxygène de l’atmosphère. Dans un autre scénario, où la planète commence avec peu d’eau, la surface de magma fondu de la planète peut geler rapidement. Avec cela, le processus génère une «atmosphère de vapeur», qui permet l’accumulation d’oxygène lorsque l’eau se décompose et que l’hydrogène s’échappe.

«Sur Terre, depuis que l’eau s’est condensée à la surface, les taux de fuite étaient faibles. Mais si vous conservez une atmosphère de vapeur après la solidification de la surface fondue, il y a une fenêtre d’environ un million d’années pendant laquelle l’oxygène peut s’accumuler car il y a de fortes concentrations d’eau dans la haute atmosphère et aucune surface fondue pour consommer l’oxygène produit. la fuite d’hydrogène », a expliqué Krissansen-Totton.

Les chercheurs ont encore un troisième scénario qui pourrait conduire à l’existence d’oxygène dans l’atmosphère en raison d’une proportion plus élevée de dioxyde de carbone par rapport à l’eau. Cela génère un effet de serre, qui ne permet pas à l’eau de se condenser à la surface de la planète.

« Dans ce scénario semblable à Vénus, tous les volatils commencent dans l’atmosphère et peu sont laissés dans le manteau pour être éliminés et absorbés par l’oxygène », a déclaré l’auteur.

La différence entre les études précédentes sur le sujet et le modèle utilisé actuellement est que la première se concentrait sur les processus atmosphériques, tandis que la précédente explore l’évolution géochimique et thermique du manteau et de la croûte de la planète, en tenant également compte des interactions entre la croûte et l’atmosphère.