A-t-on une chance de trouver une nouvelle-Terre dans notre environnement le plus proche ?

Les deux semaines précédentes j’ai évoqué les 33 systèmes stellaires qui évoluent dans le rayon d’une douzaine d’années-lumière de notre Soleil, c’est-à-dire les étoiles les plus proches de nous, celles que nous avons le plus de chance de mieux connaître et un jour peut-être d’atteindre.

Sur ces 33 systèmes j’ai éliminé les 2 centrés sur des étoiles blanches et les 26 centrés sur des étoiles naines-rouge. J’ai ensuite souligné les particularités défavorables des étoiles doubles, des jupiters-chauds et des super-terres. Ces éliminations ont été faites dans le but de focaliser notre intérêt sur les systèmes les plus susceptibles de pouvoir comprendre une « nouvelle-Terre ». Je voudrais cette semaine réfléchir sur eux avec vous.

Après exclusions, il nous reste donc à examiner de plus près les étoiles de type solaire ou d’une masse légèrement inférieure, les « naines-orangées », également intéressantes car plus stables que les naines-rouges et d’une masse permettant à leur zone habitable de se situer assez loin de leur source de radiations.

Nous avons dans notre environnement trois naines-jaunes et quatre naines-orangées donc, à ce stade, sept systèmes stellaires « candidats ». Regardons les capacités de chacun à l’habitabilité réelle. Nous disposons pour ce faire de données encore insuffisantes du fait que ces petites planètes sont difficiles à « voir » mais nous pouvons aujourd’hui approcher la réalité mieux que nous ne l’avons fait jamais.

Alpha Centauri

Le système le plus proche (4,39 AL) est le couple Alpha-Centauri-A (0,945 MS, naine-jaune) et Alpha-Centauri-B (0,445 MS, naine-rouge mais presque orange). Notez bien qu’elles sont différentes de la petite naine-rouge, Proxima-Centauri (0,123 MS) qui leur est liée gravitationnellement mais qui en est éloignée de 13.000 UA. Avec ce couple A et B, on se retrouve dans une configuration d’étoile double qui, comme exposé la semaine dernière, me semble peu propice à la présence d’une nouvelle-Terre. Mais comme ce sont deux étoiles de masses situées dans notre cible et que leur système est le plus proche du nôtre, on ne peut les éliminer d’emblée.

Que nous offre ces étoiles ? Les deux orbitent entre elles en 80 ans et leur distance varie de 11,2 UA (équivalent à la distance Soleil/Saturne) à 35,6 UA (un peu plus que la distance Soleil/Neptune). Une masse se situant entre celle de Neptune et la moitié de celle de Saturne, orbite autour d’Alpha-Centauri-A à une distance de 1,1 UA (« C1 » pour « Candidate 1 » ou « Polyphème » pour David Cameron dans son célèbre film « Avatar »). C’est une situation idéale mais on n’est pas certain que cette masse soit agrégée en planète (ce qui serait compréhensible du fait de l’instabilité de la matière entre les deux étoiles) et si elle l’était, elle serait largement trop massive. En effet, comme vous vous en souviendrez, les super-terres pas plus que les jupiters-chauds ou les mini-neptunes ne sont a priori des nouvelles-Terres. Mais elles peuvent avoir des lunes qui, elles, comme l’hypothétique « Pandora » (toujours Avatar !), pourraient l’être !

61 Cygni

Le système 61 Cygni est à 11,43 AL. C’est encore une étoile double ! Elle comprend deux naines-orangées de 0,60 et 0,63 MS. Celles-ci sont distantes de 90 UA, ce qui laisse une certaine place entre elles pour des planètes et une Ceinture de Kuiper (la nôtre évolue de 30 à 55 UA) d’autant que la masse de chaque étoile étant plus petite, leur zone d’attraction est plus faible et leur Ceinture de Kuiper plus proche. Cependant leurs nuages de Oort ne disposent pas de « la place » nécessaires pour être séparés. Les implications pourraient être négatives.

Du fait de certaines irrégularités d’orbite de 61-Cygni-B, il y a possibilité d’une planète autour d’elle mais à ce jour, la planète n’a pas été localisée et elle devrait plutôt avoir une grosse masse, bien supérieure à celle de la Terre et elle serait en dehors de la zone d’habitabilité.

Y aurait-il quelque chose de plus petit, plus près ? Nous ne le savons pas mais si c’était le cas, la forte variabilité de l’activité de 61 Cygni B constituerait un facteur négatif pour un séjour humain, d’autant que la zone habitable est proche de l’étoile (0,24 à 0,50 UA).

Epsilon Eridani

Epsilon-Eridani est à 10,50 AL. C’est une petite naine-jaune d’une masse de 0,85 MS et cette fois, c’est une étoile sans compagnon.

L’abondance de poussière tendrait à signaler un système jeune, toujours en formation. Trois planètes sont possibles, Une première (« Epsilon-Eridani-c ») de quelques petits dixièmes de masse joviennes, à environ 35 UA (« chez nous » elle serait au-delà de Neptune) ; une deuxième (« Epsilon-Eridani-b ») de masse jovienne, à environ 20 UA ; une troisième (« Epsilon-Eridani-a ») de 0,86 Mj, avec une orbite très excentrique allant de 0,6 à 3,4 UA (distance Soleil/Ceinture d’Astéroïdes 2,8 UA).

Donc une seule planète passe par la zone habitable mais elle est trop grosse et elle a une orbite trop excentrique. Et si on envisageait une lune de cette dernière, elle serait, de ce fait, soumise à des variations environnementales énormes.

Epsilon Indi

Epsilon-Indi est à 11,83 AL. C’est une naine orangée de 0,77 MS. L’étoile principale, Epsilon-Indi-A contrôle une planète Epsilon-Indi-Ab de plus de 3,25 masses joviennes (confirmée en Octobre 2019). Elle est « assortie » de deux naines brunes, étoiles avortées, doubles (distantes entre elles de seulement 2,5 UA), qui orbitent autour d’elle à quelques 1500 UA et d’une masse de 28 et 47 masses joviennes (respectivement 0,027 MS et 0,045 MS). Ce sont plutôt de très grosses planètes satellites que des concurrentes gravitationnelles (les naines brunes ont une masse de 13 à 75 masses joviennes soit de 0,01 à 0,07 MS).

A la distance où ces naines brunes se trouvent d’Epsilon-Indi-A, elles devraient pouvoir cohabiter du fait de leur sphère d’influence (sphère de Hill) limitée, avec quelques « vraies » planètes plus proche de l’étoile mais la seule observée, Epsilon-Indi-Ab, est extrêmement éloignée de la zone habitable (11,6 UA soit plus loin que la distance de Saturne -9,54 UA- et l’énergie reçue, l’irradiance, est égale à celle d’Uranus compte tenu de la masse de l’étoile). Pour le moment nous n’avons aucune indication de planète de type terrestre évoluant dans la zone habitable de l’étoile.

Tau Ceti

Tau-Ceti, distante de 11,90 AL est la dernière candidate. C’est une naine-jaune de 0,81 MS. Sa faible teneur en fer indique qu’elle est beaucoup plus vieille que le Soleil (estimation 10 milliards d’années soit plus du double de son âge). Sa zone habitable (fonction de la masse de l’étoile) est située entre 0,55 et 1,16 UA. Elle est entourée d’un disque de débris nettement plus important que celui du système solaire. On a identifié 4 possibilités de planètes telluriques mais aucune ne semble une nouvelle-Terre possible. Tau-Ceti-e est une superterre, de 4,29 MT orbitant à 0,55 UA ; elle est plus une planète du type de Vénus (en cas d’atmosphère proche de celle de la Terre, la température moyenne au sol serait de 68°C). Tau-Ceti-f est également une superterre, de 6,67 MT ; située à 1,35 UA, elle est nettement plus martienne que terrestre (pour ce qui est de l’irradiance). De plus il y a un problème général sans doute rédhibitoire, l’âge du système. La faible métallicité qui en résulte implique une insuffisance des éléments chimiques nécessaires à la vie et sans doute des difficultés graves pour un séjour humain prolongé.

Comme vous le voyez, pour le moment pas d’enthousiasme !

Mon pessimisme repose sur plusieurs hypothèses que je pense solides : l’impossibilité de conditions semblables à celles de la Terre dans les systèmes de naines-rouges ou d’étoiles multiples et bien sûr d’étoiles à cycle de vie court (blanches et géantes). Il reste quand même deux possibilités : 1) celle de découvrir une planète de masse terrestre dans la zone habitable d’Epsilon Indi ; 2) celle de découvrir une lune de masse terrestre ou martienne orbitant autour d’une géante gazeuse (une Pandora orbitant une Polyphème) située dans la zone habitable d’Alpha-Centauri-A. A noter que je n’ai pas évoqué Proxima-Centauri-b, la planète qui orbite dans la zone habitable de Proxima Centauri, bien qu’elle ait une masse assez proche de celle de la Terre (minimum environ 130%). La raison? C’est une planète de naine-rouge et elle est probablement d’une masse trop importante pour servir un jour de « nouvelle-Terre ». Cela n’exclut pas qu’on l’étudie.

Pour terminer sur les distances, je rappelle qu’il faudrait 20 ans à la vitesse de 20% de la vitesse de la lumière pour atteindre Alpha Centauri et 55 ans pour accéder au système de Tau Ceti. Comme par ailleurs il est moins qu’évident de pouvoir atteindre cette vitesse et ce d’autant plus que la masse de notre vaisseau serait importante, le projet d’aller visiter physiquement nos proches voisines reste encore largement un rêve. NB : je prends cette vitesse comme « étalon » tout en ayant bien conscience de la difficulté de l’atteindre car c’est la vitesse qu’espèrent les promoteurs de Breakthrough Starshot pour la flotte de voiles photoniques de masse unitaire de 2 grammes qu’ils veulent envoyer vers Proxima Centauri. Pour ce qui est de la communication par ondes, on mesure aussi la difficulté posée par la distance puisqu’un échange par télécommunication avec une sonde dans l’environnement d’Alpha Centauri mettrait près de 9 ans et dans celui de Tau Ceti, près de 24 ans, aller et retour bien sûr…après que la sonde soit arrivée sur place !

Même si l’espoir est ténu, une de nos priorités en tant qu’hommes reste de rechercher par tous les moyens dans des systèmes aussi proches que possible (irai-t-on jusqu’à 15 années-lumière ?), la présence d’un socle planétaire sur lequel nos descendants pourraient un jour se poser. Les premiers critères à sélectionner doivent être la gravité, la luminosité (donc aussi la température) et l’eau. La localisation en « zone habitable » n’est pas suffisante.

Illustration de titre: le système d’Epsilon Eridani. Vue d’artiste, crédit NASA (PIA11365).

illustration ci-dessous: Vue d’artiste du système stellaire d’Alpha Centauri. Crédit ESO/L. Calçada/N. Risinger — ESO, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23163877:

liens:

Stellar and substellar companions of nearby stars from Gaia DR2, par Pierre Kervella et al. in Astronomy & Astrophysics manuscript no. Nearby-PM-v5r1-arXiv, 11 février 2019, copyright ESO.

Epsilon Eridani  Backman_2009_ApJ_690_1522.pdf

lien: Stellar and substellar companions of nearby stars from Gaia DR2, par Pierre Kervella et al. in Astronomy & Astrophysics manuscript no. Nearby-PM-v5r1-arXiv, 11 février 2019, copyright ESO.

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