L’univers regorge de milliards de planètes : c’est désormais une certitude grâce aux progrès récents des télescopes, qui ne cessent de détecter de nouveaux astres en orbite autour des étoiles. La question n’est plus de savoir si d’autres planètes existent en dehors de notre système solaire. Elles sont omniprésentes. Les astronomes du XXIe siècle s’appliquent désormais à caractériser ces exoplanètes, c’est-à-dire définir leurs caractéristiques, et on n’est pas au bout de nos surprises. Ces mondes sont souvent très différents du nôtre…. y compris quand ils nous ressemblent de prime abord.

Deux astrophysiciens de l’université de Cambridge, au Royaume-Uni, ont ainsi trouvé une exoplanète riche en eau et en hydrogène, exactement comme dans l’atmosphère de la Terre. Mais il fait chaud sur cette planète située à 73 années-lumière d’ici. Très chaud. A tel point qu’on ne sait pas bien dans quel état se trouve toute son eau : sous forme de vapeur dans une atmosphère super dense ? Ou au sol sous la forme liquide d’un océan, mais à la limite de l’ébullition ? Le débat est ouvert.

Les données sur lesquelles s’appuient les chercheurs viennent du télescope spatial James-Webb (JWST), lancé fin 2021 par la Nasa. On lui avait confié il y a quelques mois l’observation du système planétaire TOI-270, parce qu’il est intéressant, avec ses trois planètes qui orbitent très près de l’étoile au centre. La planète la plus proche est une «super-Terre», rocheuse et juste un peu plus grande que notre planète-mère, qui fait le tour de son étoile en trois jours. Les deux autres sont des «sous-Neptune» qui tournent autour de l’étoile en six et onze jours seulement, et la plus éloignée des deux, TOI-270 d, a montré la présence de molécules d’eau quand le télescope Hubble l’a observée il y a quelques années.

Les télescopes spatiaux captent la lumière émise par les astres, dont on peut ensuite analyser finement les différentes longueurs d’onde pour comprendre comment elle a été filtrée par l’atmosphère des exoplanètes par exemple, selon les molécules chimiques qui la composent.

Et d’après ce qu’on sait de la chimie de TOI-270 d, c’est «une candidate planète-hycéan», expliquent les deux chercheurs britanniques en introduction de leur étude, publiée cette semaine dans la revue scientifique Astronomy & Astrophysics. Une planète-hycéan est un mot-valise inventé justement par l’astronome qui a dirigé l’étude, Nikku Madhusudhan, pour définir une planète avec un océan d’eau liquide sous une atmosphère riche en hydrogène. Des conditions qui paraissent idylliques pour d’éventuelles formes de vie… enfin, sur le papier. Car il ne faut pas oublier que TOI-270 ne se situe qu’à 10,5 millions de kilomètres de son étoile, soit 14 fois moins que la distance la Terre-Soleil, et que les températures y sont donc infernales.

Si l’eau de TOI-270 d était regroupée en océan, celui-ci «pourrait monter à 100 degrés Celsius ou davantage», estime Nikku Madhusudhan dans le Guardian. Ce qui est techniquement possible, car l’atmosphère de cette planète est ultra-dense et «sous une haute pression atmosphérique, un océan aussi chaud pourrait rester liquide». La pression de l’atmosphère, des centaines de fois supérieure à celle de la Terre, pourrait écraser le liquide au sol et l’empêcher de s’évaporer. Seule la surface serait recouverte d’une couche de vapeur.

Plus précisément, il faut imaginer un océan en deux parties très différentes l’une de l’autre, car la planète a deux faces. L’une est en permanence tournée vers son étoile, et très chaude. L’autre tourne le dos à l’étoile et reste bien plus tempérée. «L’océan serait extrêmement chaud du côté jour. Le côté nuit pourrait potentiellement être habitable», c’est-à-dire propice au développement de la vie, juge Madhusudhan.

Ou alors, il n’y a pas d’océan. Une autre étude internationale menée par Björn Benneke, astrophysicien canadien de l’université de Montréal, qui vient juste d’être proposée à publication et n’a pas encore été validée, s’appuie sur les mêmes observations du télescope James-Webb pour privilégier une hypothèse différente. «La modélisation climatique [de TOI-270 d] indique qu’un océan d’eau liquide est très improbable, et que si l’eau existe à l’intérieur de la planète, elle doit être dans une phase supercritique», avance cette étude. Un fluide supercritique n’est ni liquide ni gazeux. Il existe dans des conditions de pression tellement intense que la frontière entre gaz et liquide disparaît, et il possède des caractéristiques de ces deux états à la fois. «C’est comme un fluide épais et chaud», essaye d’expliquer Björn Benneke au Guardian.

Pour ses collègues et lui – 31 chercheurs ont cosigné cette autre étude –, la température en surface de la planète avoisine les 4 000° C et il y a très peu de chances que l’eau puisse rester liquide. Donc elle ne serait pas sur la planète mais autour d’elle : «Nous avons trouvé que la vapeur d’eau est très abondante dans l’atmosphère de TOI-270 d, dont elle est peut-être le principal composant par sa masse.» Eau et hydrogène seraient mêlés, à l’état supercritique, enveloppant le cœur rocheux de la planète.

TOI-270 d est donc une mauvaise candidate si on cherche des exoplanètes où la vie pourrait exister, même si elle semble abriter du disulfure de carbone qui est un marqueur de processus biologiques sur Terre. De toute façon, on est encore à des années-lumière de pouvoir trouver ou prouver l’existence de la moindre bactérie extraterrestre à l’aide d’un télescope. «Nous devons faire très attention à la manière dont on communique nos découvertes sur ce type d’astres. C’est facile pour le public de conclure trop vite qu’on a trouvé de la vie ailleurs», rappelle Madhusudhan. Tout ce qu’on peut dire, c’est qu’on avance à pas de géant dans l’étude à distance des exoplanètes, au point de savoir mesurer leur degré d’«habitabilité». Et c’est déjà un progrès.