«Nous avons encore du mal à définir ce que nous entendons par un système vivant», explique Caleb Scharf , astronome et astrobiologiste à Columbia. «C’est une bête glissante, en termes de définition scientifique. C’est problématique pour faire une déclaration [sur] le moment où l’abiogenèse se produit – ou même des déclarations sur l’évolution de l’intelligence.

Scientific American

Ca bouge niveau stats ! L’article de SA précise ce que nous avions indiqué lors de la première étude un peu plus tôt dans l’année : ces études sont purement spéculatives, comme l’était l’équation de Drake… Mais elles ont le mérite de produire des études scientifiques, qui, à terme, peuvent inciter instiutions privées et Etats à intensifier la conquête spatiale.

Lien vers l’article :

https://www.scientificamerican.com/article/how-many-aliens-are-in-the-milky-way-astronomers-turn-to-statistics-for-answers/

Proposition de traduction :

Dans le 12e épisode de Cosmos, diffusé le 14 décembre 1980, le co-créateur et animateur de l’émission Carl Sagan a présenté aux téléspectateurs l’équation éponyme de l’astronome Frank Drake. En l’utilisant, il a calculé le nombre potentiel de civilisations avancées de la Voie lactée qui pourraient nous contacter en utilisant l’équivalent extraterrestre de notre technologie moderne de radiocommunications. L’estimation de Sagan allait de «quelques pitoyables» à des millions. «Si les civilisations ne se détruisent pas toujours peu de temps après avoir découvert la radioastronomie, alors le ciel pourrait fredonner doucement des messages des étoiles», entonna Sagan à sa manière inimitable.

Sagan était pessimiste quant à la capacité des civilisations à survivre à leur propre «adolescence» technologique – la période de transition où le développement d’une culture, par exemple, de l’énergie nucléaire, de la bio-ingénierie ou d’une myriade d’autres capacités puissantes pouvait facilement conduire à l’auto-annihilation. À bien d’autres égards, il était optimiste quant aux perspectives de vie et d’intelligence pangalactiques. Mais la base scientifique de ses croyances était au mieux fragile. Sagan et d’autres soupçonnaient que l’émergence de la vie sur des mondes cléments devait être une inévitabilité cosmique, car les preuves géologiques suggéraient qu’elle soit apparue de manière choquante sur Terre: il y a plus de quatre milliards d’années, pratiquement dès que notre planète s’est suffisamment refroidie de sa formation ardente. Et si, tout comme sur notre monde, la vie sur d’autres planètes a émergé rapidement et a évolué pour devenir de plus en plus complexe au fil du temps,

Ces dernières années, cependant, certains astronomes sceptiques ont tenté de mettre plus de poids empirique derrière de telles déclarations en utilisant une forme d’analyse sophistiquée appelée statistiques bayésiennes. Ils se sont concentrés sur deux grandes inconnues: les chances de vie sur des planètes semblables à la Terre à partir de conditions abiotiques – un processus appelé abiogenèse – et, à partir de là, les chances d’émergence de l’intelligence. Même avec de telles estimations en main, les astronomes ne s’entendent pas sur ce qu’ils signifient pour la vie ailleurs dans le cosmos. Ce manque de consensus est dû au fait que même la meilleure analyse bayésienne ne peut faire grand-chose que lorsque les preuves tangibles de la vie et de l’intelligence extraterrestres sont minces sur le terrain.

L’équation de Drake , que l’astronome a introduite en 1961, calcule le nombre de civilisations de notre galaxie qui peuvent transmettre – ou recevoir – des messages interstellaires par ondes radio. Il repose sur la multiplication d’un certain nombre de facteurs, dont chacun quantifie certains aspects de nos connaissances sur notre galaxie, nos planètes, notre vie et notre intelligence. Ces facteurs incluent ƒ p , la fraction d’étoiles avec des planètes extrasolaires; e , le nombre de planètes habitables dans un système extrasolaire; ƒ l , la fraction de planètes habitables sur lesquelles la vie émerge; etc.

«À l’époque, Drake a écrit [l’équation] – ou même il y a 25 ans – presque tous ces facteurs auraient pu être ceux qui rendent la vie très rare», explique Ed Turner , astrophysicien à l’Université de Princeton. Maintenant, nous savons que les mondes autour des étoiles sont la norme et que ceux qui sont similaires à la Terre dans les termes les plus élémentaires de taille, de masse et d’insolation sont également courants. En bref, il ne semble pas y avoir de pénurie de biens immobiliers galactiques que la vie pourrait occuper. Pourtant, «l’une des plus grandes incertitudes de toute la chaîne de facteurs est la probabilité que la vie commence un jour – que vous feriez ce saut de la chimie à la vie, même dans des conditions appropriées», dit Turner.

Ignorer cette incertitude peut conduire les astronomes à faire des déclarations plutôt audacieuses. Par exemple, le mois dernier, Tom Westby et Christopher Conselice, tous deux de l’Université de Nottingham en Angleterre, ont fait la une des journaux lorsqu’ils ont calculé qu’il devrait y avoir au moins 36 civilisations intelligentes dans notre galaxie capables de communiquer avec nous. L’estimation était basée sur l’hypothèse que la vie intelligente émerge sur d’autres planètes semblables à la Terre habitable environ 4,5 milliards à 5,5 milliards d’années après leur formation.

«C’est juste une hypothèse très précise et forte», déclare l’astronome David Kipping de l’Université de Columbia. “Je ne vois aucune preuve que c’est une valeur sûre à faire.”

Répondre aux questions sur la probabilité d’abiogenèse et l’émergence de l’intelligence est difficile car les scientifiques n’ont qu’une seule information: la vie sur Terre. «Nous n’avons même pas vraiment un point de données complet», déclare Kipping. «Nous ne savons pas quand la vie a émergé, par exemple, sur Terre. Même cela est sujet à l’incertitude.

Un autre problème lié à la formulation d’hypothèses basées sur ce que nous observons localement est ce qu’on appelle le biais de sélection. Imaginez acheter des billets de loterie et remporter le jackpot à votre 100e tentative. Raisonnablement, vous pourriez alors attribuer une probabilité de 1 pour cent de gagner à la loterie. Cette conclusion incorrecte est, bien sûr, un biais de sélection qui survient si vous interrogez uniquement les gagnants et aucun des échecs (c’est-à-dire les dizaines de millions de personnes qui ont acheté des billets mais n’ont jamais gagné à la loterie). Quand il s’agit de calculer les probabilités d’abiogenèse, «nous n’avons pas accès aux échecs», explique Kipping. “C’est pourquoi nous sommes dans une position très difficile en ce qui concerne ce problème.”

Entrez l’analyse bayésienne. La technique utilise le théorème de Bayes, du nom de Thomas Bayes, statisticien et ministre anglais du XVIIIe siècle. Pour calculer la probabilité qu’un événement, tel que l’abiogenèse, se produise, les astronomes en proposent d’abord une distribution de probabilité probable – une meilleure estimation, si vous voulez. Par exemple, on peut supposer que l’abiogenèse est aussi probable entre 100 millions et 200 millions d’années après la formation de la Terre qu’entre 200 millions et 300 millions d’années après cette période ou toute autre tranche de 100 millions d’années de l’histoire de notre planète. De telles hypothèses sont appelées a priori bayésien, et elles sont explicitées. Ensuite, les statisticiens collectent des données ou des preuves. Enfin, ils combinent les données antérieures et les preuves pour calculer ce que l’on appelle une probabilité postérieure. Dans le cas de l’abiogenèse, cette probabilité serait la probabilité de l’émergence de la vie sur une planète semblable à la Terre, compte tenu de nos hypothèses et preuves antérieures. Le postérieur n’est pas un nombre unique mais plutôt une distribution de probabilité qui quantifie toute incertitude. Cela peut montrer, par exemple, que l’abiogenèse devient plus ou moins probable avec le temps plutôt que d’avoir une distribution de probabilité uniforme suggérée par le prieur.

En 2012, Turner et son collègue David Spiegel, alors à l’Institute for Advanced Study de Princeton, NJ, ont été les premiers à appliquer rigoureusement l’analyse bayésienne à l’abiogenèse . Dans leur approche, la vie sur une planète semblable à la Terre autour d’une étoile semblable au soleil n’émerge pas avant un certain nombre minimum d’années, min , après la formation de ce monde. Si la vie ne survient pas avant un temps maximum, max , alors, alors que son étoile vieillit (et finit par mourir), les conditions sur la planète deviennent trop hostiles pour que l’abiogenèse se produise. Entre min et max , l’intention de Turner et Spiegel était de calculer la probabilité d’abiogenèse.

Les chercheurs ont travaillé avec quelques distributions antérieures différentes pour cette probabilité. Ils ont également supposé que l’intelligence a mis un certain temps à apparaître après l’abiogenèse.

Compte tenu de ces hypothèses, des preuves géophysiques et paléontologiques de la genèse de la vie sur Terre et de ce que la théorie évolutionniste dit de l’émergence de la vie intelligente, Turner et Spiegel ont pu calculer différentes distributions de probabilités postérieures pour l’abiogenèse. Bien que la preuve que la vie est apparue tôt sur Terre puisse en effet suggérer que l’abiogenèse est assez facile, les postérieurs n’ont pas placé de limite inférieure sur la probabilité. Le calcul «n’exclut pas de très faibles probabilités, ce qui relève vraiment du bon sens avec des statistiques d’une seule», dit Turner. Malgré l’émergence rapide de la vie sur Terre, l’abiogenèse pourrait néanmoins être un processus extrêmement rare.

L’effort de Turner et Spiegel a été la «première attaque bayésienne vraiment sérieuse sur ce problème», dit Kipping. “Je pense que ce qui était attrayant, c’est qu’ils ont brisé cette interprétation par défaut et naïve de l’émergence précoce de la vie.”

Malgré cela, Kipping pensait que le travail des chercheurs n’était pas sans faiblesses, et il a maintenant cherché à le corriger avec une analyse bayésienne plus élaborée . Par exemple, Kipping remet en question l’hypothèse selon laquelle l’intelligence est apparue à un moment donné après l’abiogenèse. Ce prieur, dit-il, pourrait être un autre exemple de biais de sélection – une notion influencée par la voie évolutive par laquelle notre propre intelligence a émergé. «Dans l’esprit d’encodage de toute votre ignorance, pourquoi ne pas simplement admettre que vous ne connaissez pas non plus ce nombre?» Dit Kipping. «Si vous essayez de déduire combien de temps il faut à la vie pour émerger, alors pourquoi ne pas faire de l’intelligence en même temps?»

Cette suggestion est exactement ce que Kipping a tenté, estimant à la fois la probabilité d’abiogenèse et l’émergence de l’intelligence. Pour un préalable, il a choisi quelque chose appelé le prieur de Jeffreys, qui a été conçu par un autre statisticien et astronome anglais, Harold Jeffreys. On dit qu’il est au maximum non informatif. Parce que le précédent de Jeffreys ne repose pas sur des hypothèses massives, cela pèse davantage sur les preuves. Turner et Spiegel avaient également essayé de trouver un prieur non informatif. «Si vous voulez savoir ce que les données vous disent et non ce que vous en avez pensé auparavant, vous voulez un préalable non informatif», dit Turner. Dans leur analyse de 2012, les chercheurs ont utilisé trois priors, dont l’un était le moins informatif, mais ils n’ont pas utilisé Jeffreys auparavant, bien qu’ils en soient conscients.

Dans le calcul de Kipping, ce précédent a concentré l’attention sur ce qu’il appelle les « quatre coins » de l’espace des paramètres: la vie est commune et l’intelligence est commune; la vie est commune et l’intelligence est rare; la vie est rare et l’intelligence est commune; et la vie est rare et l’intelligence est rare. Les quatre coins étaient également probables avant le début de l’analyse bayésienne.

Turner convient que l’utilisation du Jeffreys prior est une avancée significative. «C’est la meilleure façon que nous ayons, vraiment, de simplement demander ce que les données essaient de vous dire», dit-il.

En combinant le précédent de Jeffreys avec les rares preuves de l’émergence et de l’intelligence de la vie sur Terre, Kipping a obtenu une distribution de probabilité postérieure, ce qui lui a permis de calculer de nouvelles cotes pour les quatre coins. Il a constaté, par exemple, que le scénario «la vie est commune et l’intelligence est rare» est neuf fois plus probable que la vie et l’intelligence étant rares. Et même si l’intelligence n’est pas rare, le scénario de la vie commune a un rapport de cotes minimum de 9 à 1. Ces cotes ne sont pas celles sur lesquelles on parierait la maison, dit Kipping. “Vous pourriez facilement perdre le pari.”

Pourtant, ce calcul est «un signe positif que la vie devrait être là-bas», dit-il. «C’est au moins un indice suggérant que la vie n’est pas un processus difficile.»

Tous les statisticiens bayésiens ne seraient pas d’accord. Turner, pour sa part, interprète les résultats différemment. Oui, l’analyse de Kipping suggère que l’arrivée précoce apparente de la vie sur Terre favorise un modèle dans lequel l’abiogenèse est courante, avec un rapport de cotes spécifique de 9: 1. Mais ce calcul ne signifie pas que le modèle a neuf fois plus de chances d’être vrai que celui qui dit que l’abiogenèse est rare, dit Turner, ajoutant que l’interprétation de Kipping est «un peu trop optimiste».

Selon Turner, qui applaudit le travail de Kipping, même l’analyse bayésienne la plus sophistiquée laissera encore place à la rareté de la vie et de l’intelligence dans l’univers. «Ce que nous savons de la vie sur Terre n’exclut pas ces possibilités», dit-il.

Et ce ne sont pas seulement les statisticiens bayésiens qui peuvent avoir un problème avec l’interprétation de Kipping. Toute personne intéressée par des questions sur l’origine de la vie serait sceptique quant aux réponses revendiquées, étant donné que toute analyse de ce type est redevable à des preuves géologiques, géophysiques, paléontologiques, archéologiques et biologiques de la vie sur Terre – dont aucune n’est sans équivoque quant aux délais de l’abiogenèse et l’apparence de l’intelligence.

«Nous avons encore du mal à définir ce que nous entendons par un système vivant», explique Caleb Scharf , astronome et astrobiologiste à Columbia. «C’est une bête glissante, en termes de définition scientifique. C’est problématique pour faire une déclaration [sur] le moment où l’abiogenèse se produit – ou même des déclarations sur l’évolution de l’intelligence.

Si nous avions des définitions rigoureuses, les problèmes persistent. «Nous ne savons pas si la vie a démarré, arrêté, redémarré ou non. Nous ne savons pas non plus si la vie ne peut être construite que d’une seule manière ou non », dit Scharf. Quand la Terre est-elle devenue accueillante à la vie? Et quand il l’a fait, étaient les premières molécules de cette «vie» des acides aminés, des ARN ou des membranes lipidiques? Et après la naissance de la vie, a-t-elle été étouffée par un événement cataclysmique au début de l’histoire de la Terre, pour redémarrer d’une manière potentiellement différente? «Il y a énormément d’incertitude», dit Scharf.

Toutes ces preuves fragmentaires rendent même l’analyse bayésienne difficile. Mais en tant que technique, elle reste la méthode la mieux adaptée pour traiter plus de preuves, par exemple la découverte de signes de vie existant sur Mars dans le passé ou dans l’une des lunes océaniques couvertes de glace de Jupiter à l’heure actuelle.

«Au moment où nous avons un autre point de données avec lequel jouer, en supposant que cela se produise, [les modèles bayésiens] sont les meilleurs moyens d’utiliser ces données supplémentaires. Soudainement, les incertitudes se réduisent considérablement », dit Scharf. «Nous n’avons pas nécessairement à examiner chaque étoile de notre galaxie pour déterminer la probabilité qu’un endroit donné héberge la vie. Un ou deux autres points de données, et tout à coup, nous connaissons, essentiellement, l’univers en termes de sa propension à produire de la vie ou éventuellement de l’intelligence. Et c’est plutôt puissant.