À notre connaissance, la vie extraterrestre a besoin de planètes rocheuses pour vivre. Les premières planètes de ce type pourraient avoir été pleines de carbone, avec des formes de vie précoces apparaissant sur des mondes avec des couches de diamant sous leurs croûtes et des roches noires comme du charbon.
Une étude récente de Natalie Mashian et Avi Loeb du Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian a examiné la formation de planètes autour d'étoiles pauvres en métaux renforcés en carbone (CEMP). Ces sortes d'étoiles se sont probablement formées dans l'univers primitif, juste après que la première génération d'étoiles massives aient brûlé leur combustible nucléaire et explosé en tant que supernovae. S'il existe des planètes autour de telles étoiles, cela signifie que la vie aurait pu apparaître dans l'univers quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, il y a 13, 8 milliards d'années. Des études antérieures ont suggéré que cela aurait pris plus de temps; Le système d'exoplanètes le plus ancien jamais découvert, Kepler 444, entoure une étoile âgée d'environ 11, 2 milliards d'années.
Des éléments tels que le fer et le silicium sont généralement considérés comme essentiels à la création de planètes, car ils forment des grains de poussière autour desquels de plus grands corps peuvent se former par l’accrétion gravitationnelle. Même des géantes gazeuses riches en hydrogène comme Jupiter sont nées d'une telle "graine". Cependant, les CEMP ne contiennent pas autant d'éléments lourds comme le fer que notre soleil, mais cent fois plus, ce qui en dit long puisque le soleil ne contient que 0, 003% de fer. Ainsi, si les CEMP se forment principalement à partir de nuages de gaz et de poussières de carbone, d'oxygène et d'azote, une question est de savoir si des planètes telles que la Terre, avec des surfaces solides, pourraient se former.
Mashian et Loeb suggèrent que les planètes peuvent en réalité s'accroître dans une telle nébuleuse, et donc autour des CEMP. Les astronomes pourraient les trouver avec certains des plus récents télescopes spatiaux et instruments futurs, tels que le télescope spatial James Webb, au moment de leur mise en ligne. "Les méthodes sont les mêmes [que pour les précédentes missions exoplanètes]", a déclaré Loeb à Smithsonian.com. "Tu chercherais des planètes en transit par leurs étoiles."
Dans leur étude, Mashian et Loeb modélisent les distances entre les planètes et les CEMP, ainsi que leur taille probable. Ces planètes auraient peu de fer et de silicium, les éléments qui constituent une grande partie de la Terre. Au lieu de cela, ils seraient plus riches en carbone. Ils ont découvert que la taille maximale aurait tendance à être environ 4, 3 fois le rayon de la Terre. Une planète en carbone permettrait également, selon l'étude, à la formation de nombreuses molécules d'hydrocarbures à la surface, à condition que la température ne soit pas trop élevée. Et toute planète avec une masse inférieure à environ 10 fois celle de la Terre afficherait beaucoup de monoxyde de carbone et de méthane dans son atmosphère, indique l’étude.
Dans une nébuleuse riche en éléments plus légers, il a ajouté qu'il y avait probablement de l'eau, un autre élément clé de la biosphère. "Même avec de faibles niveaux d'oxygène, l'hydrogène a tendance à se combiner pour produire de l'eau", a-t-il déclaré. Donc, une planète de carbone pourrait avoir de l'eau présente. Loeb a déclaré dans un communiqué que, puisque la vie elle-même est basée sur le carbone, cela augure bien pour l’apparence des êtres vivants.
Les CEMP sont tellement pauvres en éléments plus lourds parce qu'ils ont été construits à partir des vestiges des premières étoiles apparues dans l'univers - des monstres dont la masse du soleil est des centaines de fois plus grande. Le noyau d'une étoile massive ressemble à un oignon. Les éléments les plus lourds créés par la fusion nucléaire se dirigent vers le centre: le fer, le magnésium et le silicium se trouvent dans les couches les plus profondes, tandis que le carbone, l'oxygène et une partie de l'hélium et de l'hydrogène subsistent dans les couches externes. Loeb a déclaré qu'une grande partie du matériau dans les couches intérieures - ces éléments plus lourds - retomberait dans le trou noir qui se forme après la transformation de l'étoile en supernova. Pendant ce temps, les éléments les plus légers seront éjectés dans l’espace pour former de nouvelles étoiles. Ces étoiles, formées à partir des gaz restants des premières, seraient pauvres en métaux comme le fer, mais riches en carbone - les CEMP.
Ce n'est que plus tard, lorsque des étoiles moins massives vieillissent et explosent en supernovae, que les métaux les plus lourds peuvent sortir. Une étoile de moins de 25 masses solaires s'effondrera en une étoile à neutrons ou finira par devenir un nain blanc. Contrairement aux trous noirs, les étoiles à neutrons et les nains blancs n'ont pas de vitesse de fuite plus rapide que la lumière, de sorte que l'explosion de la supernova a beaucoup plus de chances de répandre le fer du noyau de l'étoile. C'est pourquoi les étoiles comme le soleil contiennent autant de fer que la Terre et que la Terre contient des éléments encore plus lourds.
Que ces planètes aient la vie ou non, cependant, reste une question ouverte. L’étude elle-même est plus soucieuse de former les planètes, ce qui est une étape essentielle de la vie. "Mon étudiant diplômé [Mashian] est conservateur", a plaisanté Loeb. Pour voir des signes de vie, il faut voir les atmosphères des planètes en question. La cible serait la signature de l'oxygène, qui, sans aucun moyen de le reconstituer, disparaîtra de l'atmosphère de la planète alors qu'elle réagit avec les roches de surface. Sur Terre, l'oxygène est fabriqué par les plantes, qui absorbent le dioxyde de carbone. Les extraterrestres regardant l'atmosphère de notre propre planète remarqueraient que quelque chose se passait.
Voir ces atmosphères - en supposant que les planètes elles-mêmes soient découvertes - nécessitera probablement des télescopes plus puissants que ceux disponibles actuellement. "[Le télescope spatial James Webb] pourrait le faire marginalement pour les étoiles les plus proches", a-t-il déclaré. "Mais les CEMP sont dix fois plus loin."
