Une représentation artistique de Kepler 22-b. Crédit : NASA/Ames/JPL-Caltech
La recherche de vie au-delà de notre planète se poursuit, et l’un des outils les plus sous-estimés dans la boîte à outils d’un astrobiologiste est la statistique. Bien qu’elle ne soit pas aussi prestigieuse que l’imagerie directe de l’atmosphère d’une planète ou la découverte d’un système comprenant sept planètes, la statistique est absolument essentielle si nous voulons être sûrs que ce que nous voyons est réel et non pas simplement un artefact des données ou de nos techniques d’observation elles-mêmes.
Un nouvel article de Caleb Traxler et de ses coauteurs du département d’informatique et des sciences de l’information de l’université de Californie à Irvine relève ce défi en analysant statistiquement environ 10 % du nombre total d’exoplanètes découvertes et en évaluant leur habitabilité. Ce travail est publié sur le serveur de prépublications arXiv.
Les statistiques sont un jeu de chiffres, et au cours des dernières décennies, nous avons collecté de nombreuses données sur environ 5 700 exoplanètes confirmées.
Cependant, jusqu’à présent du moins, nous n’avons détecté aucun signe définitif de vie sur aucune d’entre elles. Il est donc nécessaire de déterminer celles qui sont les plus susceptibles d’abriter la vie telle que nous la connaissons. Cela permettrait de s’assurer que les ressources susceptibles de détecter cette vie, comme le télescope spatial James Webb, capable de détecter l’atmosphère des exoplanètes, sont orientées dans la bonne direction pour trouver le plus précisément possible ce qui s’y trouve.
Déterminer comment calculer où se trouvent les candidats les plus probables est précisément ce que les statistiques permettent de faire. Mais jusqu’à présent, les astrobiologistes se sont concentrés sur l’habitabilité d’une exoplanète en utilisant essentiellement une seule dimension : la « zone habitable », si souvent évoquée lorsqu’on parle d’exoplanètes. Essentiellement, la zone habitable n’est qu’un calcul de la température moyenne d’une planète et de la possibilité ou non qu’elle puisse abriter de l’eau liquide, un milieu absolument essentiel à la vie telle que nous la connaissons.
Les auteurs font valoir qu’un tel système est trop général pour être utile dans la recherche d’une planète susceptible d’abriter la vie. Ils suggèrent d’examiner les caractéristiques de la planète et de son étoile mère, puis d’analyser ces caractéristiques par rapport à celles de la Terre, qui reste la référence en matière de planète « habitable ».
Ils analysent une exoplanète en fonction de son rayon, de sa température, de son flux d’insolation (c’est-à-dire la quantité de lumière solaire qu’elle reçoit) et de sa densité. Selon diverses autres études, chacune de ces valeurs pourrait avoir un impact majeur sur l’habitabilité d’une planète. Pour l’étoile hôte de l’exoplanète, ils ont analysé sa température effective, son rayon, sa masse et sa métallicité, une mesure courante chez les étoiles qui correspond au rapport entre sa teneur en fer et sa teneur en hydrogène.
À l’aide de ces huit paramètres, ils ont classé 517 exoplanètes pour lesquelles des données étaient disponibles en quatre catégories différentes. « Excellente candidate » signifie que la planète est suffisamment proche de la Terre pour présenter un intérêt. « Bonne planète, mauvaise étoile » signifie qu’au moins un des paramètres de l’étoile est très différent de ceux de notre soleil. Une bonne étoile, une mauvaise planète signifie que les caractéristiques de la planète étaient très différentes de celles de la Terre. La dernière catégorie, « mauvais candidat », correspond à une planète qui ne convient ni à l’étoile ni à la planète.
La catégorie « bonne étoile, mauvaise planète » était en fait celle dans laquelle se trouvaient la plupart des exoplanètes, avec 388 systèmes (75 %) entrant dans cette catégorie.
Selon les auteurs, il pourrait s’agir davantage d’un « biais de détection » que d’une réalité physique, car les techniques utilisées pour trouver des exoplanètes (telles que les transits) sont fortement biaisées en faveur de la détection de grandes planètes ayant des périodes orbitales courtes, ce qui les placerait clairement dans cette catégorie. Ils mentionnent que, compte tenu de la durée plus longue des observations, il y a de fortes chances que les chasseurs d’exoplanètes trouvent davantage de planètes qui correspondraient à la catégorie « Excellente candidate », mais que le temps d’observation n’a pas encore été atteint.
Sur les 517 planètes de l’ensemble de données, seules 3 ont été classées dans la catégorie « excellentes candidates » : la Terre elle-même, Kepler-22 b et Kepler 538-b.
Kepler-22b semble particulièrement être une excellente candidate, avec seulement 3,1 % de différence de température et 1 % de différence d’insolation par rapport à la Terre. Selon l’article, elle est la plus susceptible d’abriter la vie et devrait être une candidate de choix pour l’observation atmosphérique par Webb, qui devrait être capable de le faire malgré la distance de 635 années-lumière.
Kepler 538-b est plus grande que la Terre et a une température beaucoup plus élevée, mais elle reste dans le domaine du potentiellement habitable.
Mais cette rareté met en évidence une autre conclusion importante de l’article : la Terre est une rareté statistique en termes de planètes, mais pas une rareté qui nécessite une convergence miraculeuse de caractéristiques planétaires et stellaires. À l’aide d’une technique statistique appelée analyse de la distance de Mahalanobis, les auteurs ont découvert que la Terre présente une différence d’environ 69,4 % en termes d' »inhabituel statistique », ce qui la rend rare, mais pas trop rare.
Un autre type rare de planètes était celui des planètes classées dans la catégorie « bonne planète, mauvaise étoile ».
Six planètes se sont retrouvées dans cette catégorie parce que leurs étoiles hôtes (qui étaient toutes des naines M, les étoiles les plus courantes dans la galaxie) se situaient en dehors de la plage de températures définie comme habitable. Cependant, les auteurs soulignent que malgré le fait qu’elles se situent en dehors du cadre généralement accepté, ces candidates avaient de bonnes chances d’abriter la vie compte tenu de leurs autres paramètres physiques. Beaucoup sont déjà sous observation par le JWST, et s’il s’avère qu’elles présentent des conditions viables pour la vie, cela pourrait bouleverser le domaine de l’astrobiologie en raison de la prévalence de leurs étoiles hôtes dans la population galactique.
Cette analyse statistique renforce encore certains points importants que les astrobiologistes passionnés connaissent depuis un certain temps. Kepler 22-b est un candidat de choix pour une observation plus approfondie et offre notre meilleure chance de voir des preuves de vie sur une autre planète. Les conditions sur Terre sont relativement rares, mais pas au point d’être considérées comme un miracle. Et il existe un biais important dans l’ensemble de données sur les exoplanètes en faveur des planètes qui ne seraient pas habitables en raison de leur grande taille et de leurs périodes orbitales courtes.
À mesure que la science de l’astrobiologie et des exoplanètes progresse, la poursuite de ce type d’analyse statistique fournira un contexte précieux qui, sans cela, pourrait induire en erreur ou obscurcir les domaines les plus susceptibles de répondre à l’une des questions les plus importantes pour l’humanité : sommes-nous seuls ? Grâce à des équipements d’observation de plus en plus puissants pointés dans la bonne direction, nous pourrions bientôt avoir une réponse définitive à cette question.
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