L'impasse de l'oxygène autour d'une étoile rouge express
Autour de TRAPPIST-1, la photosynthèse oxygénique perd la course. Cette naine rouge émet principalement de l'infrarouge, et non de la lumière visible comme le Soleil. Sur Terre, les plantes captent certaines couleurs de la lumière et ont accumulé l'oxygène, mais ici, ces rayons sont rarissimes. Seul, le processus prendrait 63 milliards d'années, soit plus que l'âge de l'Univers. En tenant compte du fait que l'excès de lumière nuit aux cellules et que la plage tolérable est plus large, le temps se réduit à 1 à 5 milliards d'années. Mais des bactéries entrent en piste : elles ne produisent pas d'oxygène, mais voient parfaitement la lumière infrarouge jusqu'à 1100 nanomètres. Autour de TRAPPIST-1, cette lumière est 22 fois plus abondante que la lumière visible. Elles envahiront les océans, coupant les ressources à leurs concurrentes. Au lieu de verdure, des mers pourpres. Sans oxygène, pas d'explosion cambrienne, cette avalanche d'organismes complexes. Ainsi, la plupart des planètes de type terrestre autour des naines rouges, découvertes grâce à William Borucki et David Charbonneau, resteront à jamais des mondes microbiens. Le destin de la biosphère ne dépend pas seulement de la distance à l'étoile, mais aussi de la couleur de sa lumière.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.02548v1
The rise of oxygen in the Earth's atmosphere during the Great Oxidation Event (GOE) occurred about 2.3 billion years ago. There is considerably greater uncertainty for the origin of oxygenic photosynthesis, but it likely occurred significantly earlier, perhaps by 700 million years. Assuming this time lag is proportional to the rate of oxygen generation, we can estimate how long it would take for a GOE-like event to occur on a hypothetical Earth-analog planet orbiting the star TRAPPIST-1 (a late M star with Teff 2560 K). Although in the habitable zone, an Earth-analog planet located in TRAPPIST-1e's orbit would receive only 0.9% of the Photosynthetically Active Radiation (PAR) that the Earth gets from the Sun. This is because most of the star's light is emitted at wavelengths longer than the 400-700 nm PAR range. Thus it would take 63 Gyrs for a GOE to occur. But the linear assumption is problematic; as light levels increase, photosynthesis saturates then declines, an effect known as photoinhibition. Photoinhibition varies from species to species and depends on a host of environmental factors. There is also sensitivity to the upper wavelength limit of the PAR: extending just 50 nm increases the number of photons by a factor of 2.5. Including these and other factors greatly reduces the timescale to roughly 1-5 Gyrs for a GOE. However, non-oxygenic photosynthetic bacteria can thrive in low-light environments and can use near-IR light out to 1100 nm, providing 22 times as many photons. With this huge light advantage, and because they evolved earlier, anoxygenic photosynthesizers would likely dominate the ecosystem. On a late M-star Earth-analog planet, oxygen may never reach significant levels in the atmosphere and a GOE may never occur, let alone a Cambrian Explosion. Thus complex animal life is unlikely.
Sur Terre, les bactéries sulfureuses pourpres, qui utilisent la lumière infrarouge, vivent encore dans les sources chaudes – c'est peut-être à cela que ressemblait la vie dans les océans anciens avant la révolution de l'oxygène.