Proxima Centauri b est-elle habitable ?


Aujourd'hui 25 Aout 2016 est un jour caractérisé par une découverte exceptionnelle qui comblera les fans de science fiction et plus précisément de colonisation spatiale. Et si je vous disais qu'à seulement 4 années lumières se trouvait une planète potentiellement habitable ? Génial non ?

C'est la conclusion à laquelle sont arrivée une armée d'astrophysiciens en ce mois d'aout après une étude de deux ans de la variabilité de l'étoile Proxima Centauri qui se situe dans le système solaire voisin, l'Alpha du Centaure situé à environ 4 années lumières du Soleil.

Le système Alpha du Centaure

Schéma grossier du système Alpha du Centaure situé à 4.37 années lumière. On voit bien que les deux étoiles principales tournent l'une autour de l'autre tandis que la troisième tourne autour du système binaire \alpha centauri A,B. Autour d'Alpha du Centaure C orbiterait une exoplanète aux propriétés très similaires à celles de la Terre.  [Source : Physique & Réussite]

Le système Alpha du Centaure est composé de trois étoiles, Alpha Centauri A et B qui sont les deux étoiles principales dont le rayon et la masse sont très similaires au rayon et à la masse du Soleil, et puis Alpha Centauri C qui est une petite étoile bien moins lumineuse. Cette dernière orbite autour du premier système composé de Alpha Centauri A et B.

Alpha Centauri C aussi appelée Proxima du Centaure est donc une naine rouge de magnitude apparente 11.05 (invisible à l'oeil nu), de masse 0.12M_{\odot} et de rayon 0.14R_{\odot}. Elle est donc bien moins massive et bien plus petite que le Soleil et donc bien moins lumineuse (8.5\times 10^{-5}L_\odot) et bien moins chaude (\sim 3~000~\rm{K}) que notre étoile.


Le signe \odot signifie que l'on parle du Soleil.


Une conséquence de ses caractéristiques physiques est que la zone d'habitabilité de l'étoile se situe bien plus proche que celle du Soleil. Mais au juste, qu'est ce que c'est qu'une zone d'habitabilité ?

Zone d'habitabilité d'une étoile

Une zone d'habilité d'une étoile est la distance favorable à l'apparition de la vie en surface d'une éventuelle planète en orbite. Cette zone nécessite que la luminosité et la température à une certaine distance soient tels que l'eau se trouve à l'état liquide en surface et que certaines réactions à partir de constituants préliminaires à l'apparition de la vie soient possibles.

On peut déterminer une zone d'habitabilité d'une étoile assez facilement à partir de celle estimée pour le Soleil et en connaissant simplement la luminosité de l'étoile étudiée. En considérant que cette zone est centrée sur la position de la Terre c'est à dire d=1~\rm{AU} ce qui n'est pas forcément exact, on peut estimer celle d'une étoile quelconque à partir de la formule suivante :

d_\rm{AU}=\sqrt{\frac{L_\rm{star}}{L_\odot}}

On peut alors estimer la zone optimale d'habitabilité de l'étoile Proxima Centauri de manière grossière. En faisant le calcul on trouve : \rm{ZH_\rm{ProximaCentauri}} \approx 0.007-0.01~\rm{AU}.


AU : Astronomical Unit (Unité Astronomique). 1~\rm{AU} \approx 150~000~000~\rm{km}.


Le résultat obtenu est assez grossier. L'équipe de chercheur qui a travaillé sur la découverte de la planète Proxima Centauri b a évidement utilisé un modèle basé sur plus de paramètres que ce que je viens de vous montrer.

Graphiques représentant les limites inférieures et supérieures de la zone d'habitabilité d'une étoile en fonction du rapport de la masse de l'étoile étudiée avec la masse solaire. Ici deux modèles sont représentés, l'un en pointillé, l'autre en ligne dure. En connaissant la masse de l'étoile Proxima Centauri, on peut facilement estimer la zone d'habitabilité qui l'entoure. [Source : Ravi kumar Kopparapu et. al (2013)]

Avec ce dernier modèle, on obtient une zone habitable (ZH) bien plus éloignée que celle qu'on a déterminée grossièrement. Notre planète doit donc se trouver dans la zone \rm{ZH}_\rm{ProximaCentauri}~\approx~ 6~000~000-15~000~000~\rm{km} autour de l'étoile naine Alpha Centauri C.

Découverte de l'exoplanète

Nous avons vu que l'étoile Proxima Centauri possède une magnitude très faible (+11). En général, pour détecter si une étoile possède un compagnon massif on peut utiliser une technique consistant à étudier la variabilité de la luminosité de l'étoile. Mais cette dernière n'est efficace que pour des objets massifs et de grande taille, et encore faut-il que le plan de rotation du système soit alignée avec la ligne de visée du télescope pour pouvoir observer une variabilité periodique due à une occultation régulière de l'étoile.

La technique qu'ont utilisé les équipes d'astrophysiciens et de planétologues pour confirmer la présence d'une planète autour de l'étoile Proxima Centauri est un peu plus subtile.

Pendant deux ans, ils ont utilisé les observatoires de l'ESO (au Chili) et à l'aide de ce qu'on appelle un spectrographe, ils ont pu obtenir chaque nuit un spectre de l'étoile en question. En collectant une soixantaine de spectres, les physiciens se sont rendu compte que ces derniers présentaient un décalage vers le rouge suivit d'un décalage vers le bleu de façon régulière. Ils ont en alors déduit (par effet Doppler) que l'étoile avait une vitesse radiale variable et même périodique de période 11.2 jours. Ils ont observé que l'étoile s'approchait du Soleil à une vitesse de 5 km/h puis s'en éloignait à la même vitesse et ce en 11.2 jours.

Ce graphe représente l'évolution de la vitesse radiale de l'étoile chaque jours depuis le 1er Janvier 2016. La ligne bleue est une modélisation des points expérimentaux par une fonction sinusoïdale qui permet de déterminer l'amplitude et la période du phénomène. On constate donc qu'au cours du temps, l'étoile se rapproche puis s'éloigne périodiquement. Le fait que la fonction décroisse de cette manière vient du fait que l'étoile Proxima du Centaure est également en orbite (de plus longue période) autour du système binaire composé de Alpha Centauri A et B. [Crédit : ESO/G. Anglada-Escudé]

La raison la plus probable du mouvement de cette étoile est donc un objet massif qui est en orbite autour de cette dernière. L'étude combinée de toutes les données ont montré que cette planète est probablement une rocheuse de masse M\sim 1.3~M_\rm{terre} et située à environ 7 Millions de kilomètres de son étoile c'est à dire à l'intérieur de la zone d'habitabilité de Alpha Centauri C.

Nous avons donc un excellent candidat à la vie extraterrestre !

Oui mais !

L'étoile Alpha Centauri C est une naine rouge de type éruptive. C'est à dire qu'elle possède une luminosité qui peut changer soudainement pour quelques minutes à quelques jours et émettre un rayonnement X bien plus violent qu'habituellement. De plus, la proximité de la planète par rapport à son étoile mère est telle que sa surface est très exposée aux bombardement de particules chargées énergétiques (celles qui sont responsables des aurores polaires).

Il faut donc encore vérifier que la planète en question possède une atmosphère suffisamment dense pour protéger une éventuelle vie de rayonnement ionisant mais pas trop pour limiter l'effet de serre et que sa température de surface soit idéale. Il faut aussi qu'elle possède un champ magnétique suffisamment intense pour dévier les particules chargées de leur trajectoire.

Biensûr, il reste encore à étudier la composition chimique de son atmosphère il elle en a une et celle de sa surface afin de déterminer précisément si cette planète est habitable ou pas.

Vue d'artiste de l'étoile Alpha Centauri C (à gauche) et du système binaire Alpha Centauri A,B (à droite) depuis la planète Proxima Centauri b. [Crédit : ESO/M. Kornmesser]

Pourquoi ne pas y envoyer une sonde ?

C'est précisément ce que projette au même moment un milliardaire Russe pour l'année 2057 ! Iouri Milner aurait proposé une bourse de 88 millions d'euros pour construire une sonde miniature capable de voyager en seulement 20 ans vers le système Alpha du Centaure.

Pour cela, les ingénieurs et les chercheurs proposent de créer une mini-sonde d'à peine quelques millimètres qui sera propulsée par une voile solaire d'environ 4 mètres de diamètre, le tout devant peser à peine un gramme ! J'ai déjà fait un article sur ce sujet, cliquez ici.

Le système sera au départ propulsé par un gigantesque laser puis utilisera la lumière du Soleil pour avancer.

L'idée est bonne et est presque réalisable. Cependant, la prouesse technologique et technique à réaliser est impressionnante. Il faudra, dans un système de masse de l'ordre de 1 gramme, mettre une énorme voile solaire, des instruments de mesure et de communication. Il faudra également faire face certains imprévus comme les poussières interstellaires par exemple.

Afin que le système de propulsion soit efficace, la voile solaire devra être ultra-réfléchissante pour que l'intégralité de la lumière incidente se convertisse en énergie cinétique. Si tel est le cas, le vaisseau pourrait bien atteindre pratiquement 20% de la vitesse de la lumière en très peu de temps. Il dépasserait l'orbite de Mars en à peine une demi-heure !

L'idée est bonne mais il faudra être très patient !

PALE RED DOT

Le projet PALE RED DOT est dédié à la détection d'exoplanètes. L'équipe de chercheurs tient un site internet et partagent régulièrement du contenu sur les avancées scientifiques dans le domaine.

C'est donc une grande première en astrophysique planétaire car Proxima Centauri b est la plus proche exoplanète jamais découverte par l'homme et dont les propriétés semblent être très similaires à celles de la Terre. En-fait, c'est très bien partit pour l'humanité toute entière, on pourrait très bien imaginer s'y installer d'ici "quelques" années ! Mais ne nous excitons pas trop vite, il reste énormément de paramètres à déterminer pour s'assurer que cette planète est réellement habitable.

 

On aura certainement de nouvelles informations d'ici quelques années, je vous tiendrai donc au courant de l'avancée de l'étude de cette planète ;). Entre-temps, si cet article vous a plu, partagez le, laissez moi un commentaire et si vous souhaitez m'aider dans mes projets pour le site, faites un petit don.


Mes sources et pour ceux qui veulent aller plus loin :


A propos Loann Brahimi

Je suis étudiant en Master Cosmos, Champs et Particules à l'université de Montpellier. Ce blog est une manière de transmettre ma passion, une façon d'aider ceux qui voudraient faire de la physique leur gagne pain et de créer un engouement autour de cette science mal comprise.

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