La vie dans lUnivers La vie quoi et

La vie dans l’Univers • La vie : quoi et où ? • Les exoplanètes • Formation des systèmes planétaires • Recherche d’intelligences • Sommes-nous visités ?

Où cher la vie ? Dans notre système solaire : il reste une faible probabilité d’existence d’une vie primitive ailleurs que sur terre • Mars (dans le passé ? ) • Titan, Europe, … ? ? ? Recherche d’une vie évoluée → aller voir plus loin Que cher ? Seules formes de vie connues : sur notre Terre Possibilité de formes de vie exotiques (science-fiction) mais nous ne saurions pas que cher, ni comment → recherche de formes de vie analogues à la nôtre → sur des planètes : • à croûte solide • avec de l’eau liquide (excellent solvant)

La vie : quoi et où ? - 2 Les grandes étapes de la vie sur Terre t (GYr) h Événement − 4. 6 0 h Formation de la Terre − 4. 5/− 4. 0 1 h/3 h Formation des océans − 4. 0 ? Premiers organismes unicellulaires Attention ! 3 h ? − 1. 3 17 h. Premières plantes multicellulaires Le point de vue adopté dans ce tableau (dernières lignes) est très ers animaux) − 0. 6 21 h. Explosion du cambrien (1 anthropomorphique ! − 0. 4 22 h. La vie sort des océans − 0. 1 23 h 30 m Premiers mammifères − 0. 0005 23 h 59 m 50 s Homo Sapiens (− 100 ans 23 h 59 m 59 s. 998 Invention de la radio)

La vie : quoi et où ? - 3 Les planètes habitables Zone habitable (ZH) = zone entourant l’étoile où la présence d’eau à l’état liquide est possible L* augmente durant la phase de séquence principale → la zone habitable se déplace Position idéale : dans la zone continuellement habitable (ZCH) Étoile Complication par effet de serre éventuel → dépend de l’atmosphère planétaire Zone habitable au début de la vie de l’étoile Zone habitable à la fin de la vie de l’étoile Zone continuellement habitable

La vie : quoi et où ? - 4 Autour de quelles étoiles ? • Étoiles O, B, A, F : vie trop brève < 3 milliards d’années (GYr) • Étoiles M : vie très longue mais étoiles très peu lumineuses → (1) ZH très étroite et pas de ZCH (mais 200 GYr pas nécessaires) (2) ZH très proche de l’étoile → rotation synchrone probable → radiation mortelles de la couronne ? • Étoiles G : bon compromis • Étoiles K : peut-être les mêmes problèmes que les étoiles M Seules étoiles G (et K ? ) de séquence principale non binaires sont susceptibles de procurer un environnement adéquat → ~ 10% des étoiles de la Galaxie

Les exoplanètes Exoplanète = planète extrasolaire = planète gravitant autour d’une étoile autre que le soleil • Imaginons un système comme le nôtre autour d’α Cen D (α Cen) = 4. 2 AL = 260 000 UA d (Jupiter – Soleil) = 5. 2 UA θ = dist. ang. = 5. 2/260000 rad = 4″ Luminosité LP/L* ~ 10− 9 • Autres étoiles : plus éloignées → problème encore plus difficile ex : ε Eri : D = 10. 5 AL d (planète – étoile) = 3. 2 UA θ = 3. 2/650000 rad = 1″ → détection directe généralement hors de portée des moyens actuels → recherche par des méthodes indirectes

Les exoplanètes - 2 Premières découvertes • 1992 : découverte de 2 planètes autour du pulsar PSR B 1257+12 par Aleksander Wolszczan M = 4. 3 & 2. 8 MT d = 0. 36 & 0. 47 UA • 1995 : découverte de la première exoplanète orbitant autour d’une étoile « normale » par Michel Mayor et Didier Queloz 51 Peg : G 2 IV D = 48 AL M = 1. 05 M 51 Peg b : M > 150 MT d = 0. 05 UA T = 4 jours

Les exoplanètes - 3 Méthodes de détection : imagerie directe Seulement dans des cas particuliers et avec les meilleures techniques actuelles (espace, optique adaptative…) → étoiles peu lumineuses et proches planètes massives grandes orbites Exemples : • 2 M 1207, naine brune à 50 pc planète de 5 MJup à 40 UA • AB Pic, K 2 V à 46 pc planète de 13 MJup à 275 UA Naine brune 2 M 1207 et sa planète (ESO)

Les exoplanètes - 4 Mouvement orbital 3 e loi de Kepler généralisée : (s’obtient en égalant force gravifique = force centripète pour M et m) Vitesse de l’étoile : V C M A a m v

Les exoplanètes - 5 Méthodes de détection : vitesses radiales M >> m & a >> A → Kepler : i = angle entre plan de l’orbite et ciel V en km/s T en années m en MJup M en M V C M R r m v → plus sensible aux grandes masses planétaires et courtes périodes

Les exoplanètes - 6 Méthodes de détection : microlentilles gravitationnelles Amplification d’une étoile d’arrière plan par une étoile passant sur la ligne de visée (déviation de la lumière avec pseudo-focalisation) Si l’étoile a une planète qui passe devant la source d’arrière-plan : → maximum secondaire dans la courbe de lumière Détection de faibles masses (ex : 5. 5 MT) mais pas de vérification possible ! Événements peu probables → nécessité d’observer un grand nombre de sources

Les exoplanètes - 7 Méthodes de détection : transits Si la planète passe devant son étoile → éclipse partielle Baisse de luminosité apparente : ΔL/L~ (RP/R*)2 → grande précision + favorise les grosses planètes autour de petites étoiles Prob(transit) ~ R*/a + nécessité d’observer plusieurs transits → favorise également les courtes périodes Événements peu probables → nécessité d’observer un grand nombre de sources

Les exoplanètes - 8 Exoplanètes détectées Octobre 2014 : 1822 planètes découvertes 1137 systèmes planétaires Méthode Planètes Systèmes Transits 1147 628 Vitesses radiales 572 428 Microlentilles 32 30 Imagerie 51 47 pulsars 15 12 Source : www. exoplanet. eu

Les exoplanètes - 9 Jupiters chauds Les premières exoplanètes découvertes étaient des planètes très massives orbitant très près de leur étoile → on les a appelées des Jupiters chauds (M > ~MJup, d < 0. 05 UA) Leur découverte fut une surprise et a forcé les astronomes à revoir les théories de formation des systèmes planétaires Mais ces planètes sont les plus faciles à détecter : • Vrad grande, T courte • transits profonds et plus fréquents → biais observationnel ?

Formation des systèmes planétaires Contraction de la nébuleuse protostellaire → étoile au centre, entourée d’un disque de gaz et de poussières Collisions entre grains de poussière → agrégation → taille augmente jusqu’à quelques km : planétésimales La gravitation commence à jouer → encore + de collisions avec : • fusion et augmentation de taille • ou pulvérisation des agrégats • orbites excentriques → encore + de collisions

Formation des systèmes planétaires - 2 Protoplanètes • Les planétésimales plus massives ont tendance à grandir encore plus en capturant les corps sur leur orbite • Taille ~ 1000 km → protoplanètes • Les plus massives peuvent s’entourer d’un disque de matière qui donnera naissance à leurs satellites • Perturbation des orbites des petits corps par les plus grosses planètes → grand bombardement et grand nettoyage du système planétaire

Formation des systèmes planétaires - 3 Différenciation planétaire • Contraction gravifique de l’étoile → maximum de luminosité peu après sa formation • Dans le système intérieur : – vaporisation des glaces contenues dans les grains de poussière – pression de radiation → repousse les gaz vers l’extérieur (→ ne reste que ~ 2% de la matière initiale) → planétésimales composées de roches + métaux → objets telluriques

Formation des systèmes planétaires - 4 Différenciation planétaire • Dans le système extérieur : – planétésimales de roches + métaux + glaces → objets ganymédiens – la masse des glaces ~ 3 ou 4 fois la masse de roches et métaux → protoplanètes beaucoup plus massives et température plus basse → possibilité de capturer les gaz (H, He) → planètes joviennes • Comment expliquer l’existence de Jupiter chauds ? – formation dans le système extérieur puis migration vers l’intérieur (interactions gravifiques dans le disque ou avec d’autres étoiles ? ) – lors de la migration : éjection probable des plus petites planètes → probablement pas de planètes telluriques dans ces systèmes

Formation des systèmes planétaires - 5 Notre système solaire : un cas particulier ? Exoplanètes : – grande proportion de Jupiters chauds – beaucoup d’excentricités élevées (→ éjections) → notre système solaire avec les planètes joviennes restées « à leur place » est-il une exception ? → conséquences pour la vie dans l’Univers ?

Formation des systèmes planétaires - 6 Atmosphère et océans des planètes telluriques Les composants des atmosphères (et océans) des planètes telluriques étaient dans la partie « glaces » du disque protoplanétaire → comment expliquer leur présence actuelle ? 2 hypothèses : • dégazage d’une petite fraction des glaces qui aurait pu survivre à l’intérieur des planètes (gaz rejetés par les volcans) • grande pluie : après le maximum de luminosité solaire, impact de comètes riches en glaces : – originaires des régions extérieures – déviées par les planètes joviennes

Recherche d’intelligences Rappel : ~ 10% des étoiles de la Galaxie sont susceptibles de fournir un environnement adéquat à la vie 1960 : Frank Drake essaie d’estimer le nombre de civilisations technologiques dans notre Galaxie Taux de formation d’étoiles adéquates R* : ~1011 étoiles dans la Galaxie ~1010 étoiles « adéquates » ge de la Galaxie ~ 1010 ans → naissance d’une étoile adéquate par an (en moyenne) Frank Drake et « son » équation

Recherche d’intelligences - 2 Fraction d’étoiles ayant des planètes fp : Les recherches actuelles permettent d’estimer que la plupart des étoiles possèdent des planètes → fp ~ 1 → une étoile par an Nombre de planètes habitables par étoile ayant des planètes ne : Il faut dans la ZH au moins une planète tellurique suffisamment massive pour retenir une atmosphère et pas de Jupiter chaud dans le système → supposons que cela arrive une fois sur 10 : ne ~ 0. 1 → une étoile tous les 10 ans (1 milliard de planètes habitables !)

Recherche d’intelligences - 3 Fraction de planètes habitables où la vie se développe fl : La vie est apparue rapidement sur Terre dès que les conditions ont été remplies → on peut supposer fl ~ 1 (disons 0. 5) → une étoile tous les 20 ans Fraction de planètes où la vie évolue vers l’intelligence fi : Là, on n’a pas vraiment d’informations… Probabilité que la vie évolue vers des organismes multicellulaires ? Probabilité qu’une forme de vie complexe développe l’intelligence ? Qu’est-ce que l’intelligence ? → supposons fi ~ 0. 004 → une étoile tous les 5 000 ans

Recherche d’intelligences - 4 Fraction des formes de vie intelligentes qui développent une civilisation technologique fc : Personnellement, je trouve cette éventualité assez probable → je suppose fc ~ 1 (disons 0. 5) → une étoile tous les 10 000 ans Notre Galaxie a ~ 10 milliards d’années → selon cette estimation, 106 civilisations technologiques auraient pu voir le jour dans notre Galaxie [et la plus proche de nous pourrait (aurait pu) être à ~ 400 AL] Combien pourrait-il y en avoir actuellement ? Cela dépend de la durée de vie moyenne L d’une civilisation technologique (si L < 10 000 ans, nous sommes probablement seuls)

Recherche d’intelligences - 5 Premier programme SETI = Search for Extra. Terrestrial Intelligence = recherche de signaux radio émis (intentionnellement ou non) par des intelligences extraterrestres 1960 : Frank Drake tourne le radiotélescope de Green Bank vers : – τ Ceti : sans résultat – ε Eridani : signal intense mais non reproductible (en fait, signal émis par un avion espion U-2 volant à 20 000 m au-dessus de l’URSS)

Recherche d’intelligences - 6 Difficultés des programmes SETI • A quelle(s) fréquence(s) cher ? • Éliminer les signaux parasites (surtout terrestres) • Comment séparer les signaux naturels et artificiels ? • Reproductibilité Ci-contre : t un signal apparemment artificiel détecté en 2002 (= interférence inhabituelle entre un satellite GPS et une station au sol ? ) ν

Recherche d’intelligences - 7 Programme SETI le plus ambitieux Débute en 1992 (500 e anniversaire de la découverte de l’Amérique) Utilise le radiotélescope d’Arecibo (300 m) à Porto Rico « Bien sûr qu’il existe des créatures étranges, des soucoupes volantes et des civilisations avancées dans À l’origine, analyse des signaux de 1000 étoiles semblables au Soleil l’espace. Mais nous n’avons pas besoin de dépenser Interrompu un an plus tard par 6 millions de dollars cette année pour prouver que ces le Sénat, suite au réquisitoire vilaines créatures existent. Il suffit de 75 cents pour de deux de ses membres acheter un magazine au supermarché. [En coupant ces crédits] nous avons une occasion de prouver qu’il y a Repris ensuite grâce à des encore une vie intelligente sur Terre. » fonds privés. Quantité énorme de données à analyser → SETI@home

Recherche d’intelligences - 8 Résultats des programmes SETI • Détections de signaux artificiels • Souvent identifiés (sources « terrestres » ) • Parfois non identifiés mais non confirmés jusqu’à présent • Parfois reproductibles (2 – 3 détections) • Méthodologie stricte : pas d’annonce « hasardeuse » avant confirmation suffisante (manière de procéder en contraste flagrant avec celle des ufologues)

Recherche d’intelligences - 9 Types de signaux détectables • Signal émis intentionnellement vers nous → puissant et structuré Mais quelle en serait la motivation ? • Radiocommunications qui s’échappent vers l’espace → plus faible (3 D) et plus confus → serions-nous capables de le détecter et reconnaître sa nature « intelligente » ? • Une civilisation technologique utilise-t-elle nécessairement les communications radio ?

Recherche d’intelligences - 9 Et nous, qu’avons-nous envoyé ? • 16/11/1974 : message de 169 secondes envoyé par le radiotélescope d’Arecibo vers l’amas globulaire M 13 situé à 25000 AL : – nombres de 0 à 10 codés en binaire – numéros atomiques de H, C, N, O, P (à la base de la vie sur Terre) – formules chimiques des bases de l’ADN – organisation spatiale de l’ADN – petit bonhomme – place de la terre dans le système solaire – antenne d’Arecibo, …

Recherche d’intelligences - 10 Sommes-nous seuls ? Le paradoxe de Fermi Parmi toutes les civilisations extragalactiques, une d’entre elles, si elle a des visées expansionnistes, devrait déjà avoir colonisé la Galaxie Comment ? Supposons qu’elle envoie des missions spatiales vers 10 planètes habitables et que chacune des 10 colonies envoie à son tour des missions vers 10 nouvelles planètes Cela peut être très long, mais peu importe Supposons qu’il faille 100 000 ans pour atteindre une nouvelle planète, y recréer une civilisation et envoyer 10 nouvelles missions → en 900 000 ans, la Galaxie est colonisée

Recherche d’intelligences - 11 Temps requis pour coloniser la Galaxie En 100 000 ans, 10 planètes sont colonisées En 200 000 ans, 100 planètes En 300 000 ans, 1000 planètes … (croissance exponentielle) En 900 000 ans, 1 milliard de planètes habitables = toute la Galaxie Or, des étoiles 5 milliards d’années plus vieilles que les Soleil ont des environnements propices à la vie → parmi les civilisations ET, certaines pourraient avoir des milliards d’années d’avance sur nous → ces ET devraient être là Conclusion de Fermi : ils ne sont pas là, donc nous sommes seuls !!!

Recherche d’intelligences - 12 Solution proposée par Fermi Pour résoudre son paradoxe, Fermi suggère que, au moment où une civilisation acquiert la technologie des voyages spatiaux, elle acquiert aussi les moyens de s’autodétruire (contexte de la guerre froide) Si la durée de vie moyenne d’une civilisation technologique est inférieure au temps moyen qu’il faut pour qu’une telle civilisation apparaisse dans la Galaxie (~ 10 000 ans dans mon estimation) → il peut naître beaucoup de civilisations mais, en moyenne, il n’y a qu’une seule civilisation technologique à la fois dans la Galaxie

Sommes-nous visités ? Sommes-nous si sûrs qu’ils ne sont pas là ? De nombreuses personnes prétendent que : – non seulement des civilisations extraterrestres existent – il n’est pas besoin de programmes SETI pour les détecter car ils nous rendent visite : Les E. T. sont parmi nous !

Sommes-nous visités ? - 2 Preuves de visites extraterrestres ? • Objets Volants Non Identifiés • Crop Circles • Anciens Astronautes • Contacts • Enlèvements → jusqu’à présent, aucune de ces « évidences » n’a résisté à un examen sérieux → rencontres d’extraterrestres = version moderne de vieux mythes → Sommes-nous visités ? Probablement pas…

Sommes-nous visités ? - 3 Solutions possibles au paradoxe de Fermi 1. Énormité des distances Avec une fusée moderne (20 000 km/h) il faut : 1 jour pour aller jusqu’à la lune, 1 an pour aller jusque Mars ou Vénus, 20 ans pour traverser le système solaire, 200 000 ans pour atteindre l’étoile la plus proche, 4 milliards d’années pour traverser la Galaxie S’il y a ~ 100 000 civilisations ET dans la galaxie, il faudrait : ~ 20 millions d’années pour atteindre la plus proche !

Sommes-nous visités ? - 4 Solutions possibles au paradoxe de Fermi 1. Énormité des distances (suite) En multipliant encore par 4000 la vitesse de nos fusées (0. 1 c), il faudrait : 40 ans pour atteindre l’étoile la plus proche, 1 million d’années pour traverser la Galaxie S’il y a ~ 106 civilisations ET dans la galaxie, il faudrait encore : ~ 4000 ans pour atteindre la plus proche → distances trop grandes, voyages trop longs !

Sommes-nous visités ? - 5 Solutions possibles au paradoxe de Fermi 2. Faible probabilité de vie intelligente • La vie semble apparaître assez facilement quand les conditions sont remplies • Mais il faut peut-être des conditions très spéciales pour que survienne l’intelligence (= pour qu’elle soit un facteur favorable dans la sélection naturelle) • Sur Terre, il a fallu plus de 2 milliards d’années pour que la vie passe du stade unicellulaire à un stade plus complexe ! → l’Univers fourmille de vie, mais pas d’intelligence Et sur Terre ? …

Sommes-nous visités ? - 6 Solutions possibles au paradoxe de Fermi 3. Faible durée de vie des civilisations technologiques • Darwin : les espèces les mieux adaptées survivent • Dans un 1 er temps, l’intelligence a été un facteur favorable à la survie « Morale » de tout ceci : de l’espèce humaine sur Terre Nous n’avons qu’une Terre et nous ne sommes • Mais, à partir d’un certain stade, l’humain est devenu son propre probablement pas prêts d’en avoir d’autres ennemi, et de loin le plus dangereux → à nous d’en prendre bien soin → comment va jouer la sélection naturelle ? → extrapolation : Les civilisations technologiques ne survivent pas suffisamment longtemps pour coloniser la Galaxie

La vie dans l’Univers • La vie : quoi et où ? • Les exoplanètes • Formation des systèmes planétaires • Recherche d’intelligences • Sommes-nous visités ? Fin du chapitre…