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AB Initio Simulations for Super-Earths

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Les planètes situées au-delà du système solaire peuvent-elles abriter la vie? Les modèles numériques nous en disent plus

Plus de 4 000 exoplanètes ont été découvertes en dehors de notre système solaire, dont la plupart sont une à deux fois plus grandes que la Terre. Une initiative de l’UE a entrepris de mieux comprendre ces planètes qualifiées de super-Terres afin de déterminer si elles peuvent abriter la vie.

Recherche fondamentale
Espace

«Nous soupçonnons fortement que ces super-Terres sont rocheuses et composées principalement d’oxygène, de silicium, de magnésium, de fer et de nickel», déclare le Dr François Soubiran, titulaire d’une bourse Marie Skłodowska-Curie qui effectue ses recherches à l’École normale supérieure de Lyon, en France, sous la supervision du Dr Razvan Caracas dans le cadre du projet européen ABISSE. «En moyenne, presque toutes les étoiles possèdent une super-Terre, ce qui signifie qu’elles sont très communes et qu’on pourrait trouver de la vie sur une ou plusieurs d’entre elles.» On sait toutefois peu de choses sur ces versions géantes de la Terre.

Les super-Terres peuvent-elles générer des champs magnétiques susceptibles de protéger la vie?

À l’aide de simulations numériques sophistiquées, ABISSE caractérise les propriétés des matériaux se trouvant à l’intérieur d’une super-Terre et détermine si ces propriétés peuvent conduire à la production de champs magnétiques. «Pour qu’une planète génère un champ magnétique, il faut qu’elle possède un fluide conducteur animé de mouvements de convection – la convection correspond à ce qui se produit quand on chauffe de l’eau dans une casserole», explique le Dr Soubiran. À l’intérieur de la Terre, le champ magnétique est produit par une partie du noyau de fer qui se trouve à l’état liquide. «À l’intérieur des super-Terres, il est tout à fait possible que le noyau de fer soit entièrement cristallisé, ce qui empêcherait tout effet dynamo.» L’équipe du projet ABISSE est déterminée à trouver dans quels cas de figure un tel processus pourrait se produire. Les partenaires du projet ont fait des progrès considérables en ce qui concerne deux aspects particuliers. Le premier concerne le manteau – une couche interne de la Terre située entre la croûte et le noyau. Il avait été suggéré que les silicates fondus étaient électriquement conducteurs et qu’un enrichissement en fer était également susceptible d’augmenter leur conductivité de manière significative. Ils ont collaboré avec deux équipes expérimentales afin de bénéficier d’une assistance numérique pour analyser les données. Ces expériences ont étudié les propriétés des silicates avec et sans fer, sous de très hautes pressions. «Les résultats préliminaires nous permettent de conclure que les océans magmatiques profonds des super-Terres possèdent une conductivité suffisante pour produire un effet dynamo», indique le Dr Soubiran.

Sonder les profondeurs mystérieuses des super-Terres

La deuxième découverte clé soulève plusieurs questions. L’équipe ABISSE a découvert que le nickel et le fer ne se mélangeaient pas bien à haute pression. Les calculs montrent que les deux éléments ont également tendance à se séparer à basse température, principalement à cause des effets magnétiques. L’équipe ne sait pas encore comment la température va jouer sur ce comportement. Une hypothèse stipule que les noyaux des super-Terres seront différenciés en sections riches en fer et en nickel. «Il s’agit d’une idée complètement nouvelle qui doit être examinée en profondeur», ajoute-t-il. Les chercheurs travaillent actuellement avec des modélisateurs afin d’intégrer les résultats des calculs dans leurs modèles. En faisant cela, ils seront en mesure de déterminer les paramètres clés permettant de caractériser ces exoplanètes et de trouver les conditions appropriées en termes d’habitabilité. «Parmi les planètes appelée à être découvertes prochainement, beaucoup seront des super-Terres, et la quête consistant à y trouver de la vie nous pousse à les caractériser aussi bien que possible», conclut le Dr Soubiran. «Les simulations numériques sont un excellent outil pour comprendre ces objets planétaires qu’on ne peut pas – encore – explorer directement.» Ces recherches ont été menées avec le soutien du programme Marie Curie.

Mots‑clés

ABISSE, super-Terre, planète, champ magnétique, système solaire, exoplanète, effet dynamo

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