L'observation directe de planètes autour d'autres étoiles est l'objectif principal des futures observatoires HWO et ELT. Mais pour savoir si une planète possède une atmosphère et si celle-ci peut abriter la vie, il faut connaître précisément la quantité de rayons X et d'ultraviolet émise par son étoile. Ce rayonnement chauffe les couches supérieures de l'atmosphère, déclenche des réactions chimiques et peut emporter des gaz dans l'espace. Pour la plupart des cibles prioritaires, ces données manquent encore : sur les 164 étoiles de la liste TSS25, seules 51 disposent d'observations en rayons X, et seulement neuf ont une couverture ultraviolette complète. Ce travail comble cette lacune pour les 12 systèmes les mieux étudiés, en première ligne pour les observations.
Les chercheurs ont rassemblé des données d'archives provenant des télescopes spatiaux XMM-Newton, Chandra et Hubble. Les spectres de rayons X ont été modélisés avec le code APEC, et les spectres ultraviolets avec le code PHOENIX, qui reconstruit l'extrême ultraviolet non observé à partir des raies d'émission. Pour chaque étoile, ils ont ajusté le modèle correspondant le mieux aux observations, puis l'ont fusionné avec les données réelles pour obtenir un spectre continu allant des rayons X aux ondes radio. Pour l'étoile Lalande 21185, dont le flux de rayons X variait d'un facteur 27 entre deux époques, deux versions du spectre ont été construites.
Presque toutes les 12 étoiles se sont révélées plus actives en rayons X et en extrême ultraviolet que le Soleil actuel : leur flux dans la zone habitable est 10 à 100 fois plus élevé. Seules quatre étoiles, Delta Pavonis, 55 Cancri A, GL 183 et GJ 832, présentent des conditions proches de celles du Soleil. Chez les naines rouges, comme Proxima Centauri, le rayonnement ultraviolet est relativement plus fort que chez les étoiles semblables au Soleil, ce qui modifie la chimie des atmosphères. Les estimations de perte d'oxygène sur un milliard d'années ont montré que, pour la plupart des étoiles de type solaire, les pertes ne dépassent pas quelques dizaines de bars, mais pour les naines rouges les plus actives, elles peuvent atteindre l'équivalent d'un océan terrestre. La comparaison avec des relations empiriques indépendantes a confirmé la fiabilité des flux ultraviolets reconstruits.
Ce travail montre que le rayonnement de haute énergie est un filtre important dans la sélection des cibles pour la recherche de vie. Contrairement aux études précédentes, centrées sur les naines rouges, cette étude couvre des étoiles allant de F9 à M5.5, y compris celles qui seront observées directement. C'est la première vérification systématique de l'environnement radiatif pour des étoiles dont les zones habitables sont visuellement résolubles, et elle démontre que l'échantillon est biaisé vers des étoiles plus actives ; il reste à trouver des candidats calmes.
La prochaine étape principale est d'élargir l'échantillon. Sur les 164 cibles prioritaires de HWO, seules 19 disposent de spectres de rayons X de qualité, et seulement neuf ont une couverture ultraviolette complète. De nouvelles observations sont nécessaires, à la fois ponctuelles pour établir le niveau d'activité de base, et répétées pour évaluer la variabilité. Les vieilles étoiles à rotation lente de type solaire sont particulièrement importantes, car ce sont potentiellement les havres les plus calmes pour la vie.
Les résultats influenceront directement la planification des missions HWO et ELT : ils aideront à calculer les temps d'exposition des coronographes et à choisir les étoiles pour une modélisation détaillée des atmosphères des exoplanètes.
Des observations de dix étoiles avec Hubble sont prévues dans le cadre du programme GO 18001, afin de combler les lacunes dans les données ultraviolettes. Il faudra également développer des méthodes pour tenir compte des cycles d'activité lors de l'interprétation d'observations non simultanées.
Pour l'astrophysique stellaire, la question du niveau d'activité typique des étoiles de type solaire reste ouverte : le Soleil pourrait être anormalement calme, ou bien tout à fait ordinaire. Ce travail montre que l'échantillon d'étoiles étudiées est biaisé vers les étoiles actives, et des relevés systématiques sont nécessaires pour répondre. Pour la planétologie, le problème clé non résolu est de savoir comment le rayonnement de haute énergie contrôle l'évolution à long terme des atmosphères et s'il peut priver complètement une planète de son eau.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
L'étude compile un spectre panchromatique pour 12 étoiles prioritaires dotées de zones potentiellement habitables. En utilisant les données d'archives en rayons X et en ultraviolet de XMM-Newton, Chandra et Hubble, les auteurs ont modélisé l'émission allant des rayons X aux ondes radio et l'ont comparée à celle du Soleil. Il s'avère que la plupart de ces étoiles irradient leurs planètes 10 à 100 fois plus fortement que le Soleil n'irradie la Terre aujourd'hui, mais cela n'exclut pas nécessairement l'habitabilité.
Où est sa force
La force de cette approche réside dans sa systématique : elle construit des distributions spectrales d'énergie complètes pour différents types d'étoiles, y compris celles qui seront les cibles d'observations directes. Cela fournit une base quantitative pour évaluer les pertes atmosphériques et la chimie, plutôt que de simples conclusions qualitatives.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
Ces passeports spectraux serviront de fondement pour planifier les observations et interpréter les données des futurs télescopes, ainsi que pour comprendre quels mondes ont une chance de conserver leur atmosphère et de soutenir la vie.
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.54, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
L'étoile Lalande 21185 a modifié son flux de rayons X d'un facteur 27 en trois ans, comme si le Soleil devenait soudainement des dizaines de fois plus brillant en rayons X sans raison apparente. Une telle variabilité est typique des naines rouges et complique sérieusement l'évaluation de l'habitabilité de leurs planètes.