L'événement gravitationnel GW170817 correspondant à la fusion de deux étoiles à neutrons avec la détection simultanée d'une contrepartie électromagnétique dans toutes les longueurs d'ondes avaient permis aux astrophysiciens de déterminer q'un tel événement pouvait être à l'origine de la production d'éléments lourds, comme l'or en particulier. Mais une nouvelle étude venant de paraître calcule exactement toutes les sources astrophysiques des éléments chimiques, et l'or reste un cas à part : il n'y a pas assez de fusions d'étoiles à neutrons pour fabriquer tout l'or des galaxies... Une étude acceptée pour publication dans The Astrophysical Journal.
Une équipe d'astronomes vient de détecter la présence de sel (du chlorure de sodium), et d'autres composés salés dans le disque de poussières qui entoure une jeune étoile massive, Orion Source I, située derrière la Nébuleuse d'Orion. C'est la première fois que ces molécules inorganiques sont observées dans un tel environnement, alors qu'elles ont toujours été observées dans les couches externes d'étoiles mourantes.
L'acide formique est l'acide organique le plus simple qui existe, de formule HCOOH. C'est notamment une brique fondamentale de l'acide organique bien connu qu'est ADN (acide désoxyribonucléique), à la base du vivant. Il vient d'être détecté pour la première fois dans un disque protoplanétaire autour d'une jeune étoile à 190 années-lumière.
C'est avec le réseau ALMA (Atacama Large Millimeter Submillimeter Array) qu'une équipe internationale menée par Cécile Favre (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri à Florence) a réussi à identifier la présence de la précieuse petite molécule dans le disque de poussières qui entoure l'étoile TW Hydrae.
On le sait, la composition chimique des disques protoplanétaires dans lesquels prennent naissance les planètes, comètes et autres astéroïdes, va influencer la composition de ces dernières, à la fois en ce qui concerne leur croûte rocheuse mais aussi leurs éventuels atmosphère ou océans de manière directe, ou indirecte par apports postérieurs à leur formation proprement dite.
Le groupe carboxylique -COOH contenu dans l'acide formique est un élément essentiel dans de nombreux acides aminés et acides carboxyliques utilisés par les systèmes vivant sur Terre. L'acide formique est notamment impliqué directement dans la formation de la thymine, l'acide aminé le plus simple qui est la base de nombreuses protéines. C'est aussi un composé que l'on trouve en abondance chez la fourmi, et qui lui a donné son nom...
Le disque protoplanétaire de TW Hydrae ressemble à ce que devait être notre système solaire il y a 4,5 milliards d'années. TW Hydrae est âgée de quelques millions d'années seulement, c'est une étoile de type T Tauri de 0,7 masse solaire qui est entourée par un disque riche en gaz dans lequel on s'en souvient, ALMA avait imagé en 2016 des anneaux ou lacunes, laissant penser que des planètes y sont aujourd'hui en cours de formation. On sait par ailleurs que la masse du disque de gaz et de poussières est supérieure à 0,006 masse solaire. D'autres observations de la molécule CO sur ce même disque protoplanétaire avaient par ailleurs montré qu'une fraction importante du réservoir de carbone n'existait pas sous la forme de gaz, et qu'il pourrait donc être présent sous la forme d'espèces chimiques organiques, plus ou moins complexes et donc difficiles à détecter.
Il était donc très intéressant de savoir quels types de molécules sont déjà présentes dans ce type de disque de poussières et de gaz à cette époque de l'évolution du système. Favre et ses collègues ont détecté une émission d'ondes millimétriques (2,3 mm de longueur d'onde, soit une fréquence de 129 GHz) qui correspond à une transition électronique particulière qui n'existe que dans la molécule de HCOOH. Les astronomes ont calculé la quantité d'acide formique et trouvent une densité équivalente à celle du méthanol (CH3OH) qui avait déjà été détecté dans ce disque protoplanétaire en 2016.
Le fait de trouver pour la première fois dans un disque protoplanétaire une molécule organique qui possède deux atomes d'oxygène montre que la chimie organique et très active dans ce type d'environnement.
Mais la formation de l'acide formique, selon Cécile Favre et ses collègues, est bien plus complexe que celle d'autres composés organiques qui sont trouvés dans des disques protoplanétaires, comme le méthanol ou le formaldéhyde. Le méthanol par exemple est le résultat de l'hydrogénation du monoxyde de carbone à la surface de grains de glace, une réaction facilitée à très basse température (20K). L'acide formique, quant à lui, ne peut pas être produit par un processus d'hydrogénation simple, il doit forcément impliquer des espèces déjà polyatomiques, que ce soit à la surface de gains solides ou bien en phase gazeuse.
Cette étude montre ainsi qu'au moins quelques briques de la chimie pré-biotique sont déjà présentes dans un disque protoplanétaire similaire à la Nébuleuse Solaire qui a donné naissance à notre système planétaire. Les chercheurs montrent en revanche aussi que l'observation de molécules organiques plus complexes reste un gros challenge, même avec un outil comme ALMA qui offre une sensibilité jamais vue.
Source
First Detection of the Simplest Organic Acid in a Protoplanetary Disk
Favre et al.
The Astrophysical Journal Letters, 862:L2 (20 July 2018)
L'anomalie d'émission micro-onde observée depuis 20 ans autour de certaines étoiles de notre Galaxie serait produite par la présence de nanoparticules de diamant, tournant très vite sur elles-mêmes.
Le Grand nuage de Magellan (LMC), galaxie naine satellite de notre Galaxie, avec ses quelques dizaines de milliards d'étoiles, est connue pour être pauvre en éléments lourds comme le carbone, l'oxygène ou l'azote. Alors que l'on s'attendait donc à trouver peu de molécules organiques complexes dans le LMC, le réseau ALMA en a trouvé au contraire de belles quantités, et parmi les molécules organiques les plus complexes détectées à ce jour à l'extérieur de notre Galaxie.
Des astrochimistes américains viennent de démontrer que la formation de molécules organiques complexes, qui sont liées aux molécules du vivant, peut être produite par l’effet du rayonnement cosmique dans des glaces du milieu interstellaire, à très basse température.
Le ribose est une sorte de sucre. Il ne vous dit peut-être rien, mais sans cette molécule, vous ne seriez pas en train de lire ces lignes. Il suffit de dire "acide ribonucléique" ou "acide désoxyribonucléique" pour que l'on comprenne aussitôt l'importance de ce sucre. Il s'agit bien évidemment de la molécule de base de l'ARN et de l'ADN, bref, de la vie telle qu'on la connait. L'origine du ribose sur Terre reste une inconnue, mais une équipe française vient de créer du ribose et de nombreux autres types de sucres en laboratoire simplement à partir de glaces interstellaires (composées de H2O (eau), CH3OH (méthanol) et NH3 (ammoniac) irradiées par de la lumière ultraviolette telle qu'elle pouvait exister dans les prémices de notre système solaire...
La chambre à vide cryogénique utilisée
par Cornelia Meinert et al. (CNRS)
On pense que la molécule d'ADN a évoluée à partir d'acide ribonucléique (ARN). Le squelette de l'ARN est constitué de molécules de ribose. L'équipe française d'astrochimistes a simulé expérimentalement une comète composée de glaces en observant attentivement quelles étaient les molécules produites par insolation de rayonnement UV, grâce à la spectrométrie de masse par chromatographie de temps de vol en 2 dimensions. Cette technique pointue permet de classer les molécules en fonction de leur masse et de les identifier avec une très grande précision.
Le scénario qu'ils ont déployé implique la photochimie et la thermochimie des glaces dites "pré-cométaires". Il prend pour hypothèse que les planétésimaux (astéroïdes, comètes, petits corps précurseurs des météorites) se sont formés par agrégation de grains de glace déjà présents, et se place dans un environnement de type disque protoplanétaire où les matériaux peuvent se mélanger. Les astrochimistes et astrophysiciens de l'Université de Nice, de l'Institut d'Astrophysique Spatiale (Université Paris 11) et du synchrotron Soleil ont utilisé des grains de poussière composés de silicates et de carbone, entourés par une couche de glace composée majoritairement d'eau, de méthanol et d'ammoniac, les glaces les plus communes. Les grains ont tout d'abord été irradiés par de la lumière ultra-violette à basse température (78 K) et basse pression puis remis aux conditions normales de température et pression. Afin de contrôler l'absence de contamination, les molécules de méthanol utilisées étaient marquées par du carbone radioactif (13C), de manière à pouvoir le suivre dans les produits organiques formés.
C'est la première fois que des chercheurs parviennent à montrer que des sucres complexes peuvent être produits simplement à la surface des premiers corps du système solaire. La formation d'autres éléments organiques constitutifs du vivant comme des acides aminés formant les protéines est un peu mieux comprise car déjà observée dans des expériences semblables en laboratoire et aussi détectée dans des échantillons de comètes ou météorites. Les sucres restaient encore mystérieux du fait de leur détection difficile.
Cornelia Meinert (Université Nice Sophia Antipolis), auteure principale de l'étude parue dans Science précise : "Nous ne sommes probablement pas les premiers à avoir produit ces molécules complexes dans des expériences d'astrochimie, les sucres, dont le ribose devait être là, mais restés non détectés... Nous avons pu les détecter grâce à notre instrumentation de chromatographie gazeuse multidimensionnelle...".
Elle ajoute : "On pourrait penser qu'il n'y a pas beaucoup de molécules organiques formées dans ces glaces, mais c'est en fait l'opposé : nous avons formé de nombreux composés et classes de composés très différents, des acides aminés, des acides, des alcools, des aldéhydes, et des sucres."
Ces résultats semblent confirmer les indices de présence de molécules organiques complexes à la surface des comètes comme a pu le montrer le robot Philae à la surface de Chouryumov/Gerasimenko dès son atterrissage, où il a mis en évidence la présence de précurseurs d'acides aminés et de sucres.
Les implications de cette découverte sont importantes, car les types de glaces étudiées (eau, méthanol, ammoniac) existent quasi partout autour des étoiles jeunes entourées d'un disque de poussières. Ces molécules complexes comme le ribose doivent donc être très répandues, et avec elles, les briques nécessaires à la vie.
Source : Ribose and related sugars from ultraviolet irradiation of interstellar ice analogs C. Meinert et al. Science Vol 352 Issue 6282 (8 April 2016) http://dx.doi.org/10.1126/science.aad8137
Des traces de lithium ont été découvertes pour la première dans la matière éjectée lors de l'explosion d'une nova, Nova Centauri 2013, ce qui permet de mieux comprendre maintenant pourquoi les vieilles étoiles semblent contenir moins de lithium que prévu et les jeunes étoiles plus que prévu...
L'équipe européenne menée par Luca Izzo de l'Université La Sapienza de Rome, a utilisé deux télescopes de l'ESO (European Southern Observatory) installés au Chili, le télescope MPG de 2,2 m et un plus petit de 0,5 m pour étudier le spectre de la lumière de cette nova qui était apparue dans le ciel austral le 2 décembre 2013, dénommée V1369 Centauri mais aussi Nova Centauri 2013 pour faire plus explicite. Nova Centauri 2013 est la nova le plus brillante observée depuis un siècle et était facilementvisible à l’œil nu non loin de l'étoile brillante béta Centauri.
Nova Centauri 2013 à l'observatoire de La Silla au Chili une semaine après sa découverte (Yuri Beletsky/ESO)
Le lithium est un élément chimique léger, le troisième dans la table de Mendeleiev, venant juste après l'hélium et l’hydrogène, et comme eux serait issu de la nucléosynthèse primordiale, dans les quelques premières minutes qui ont suivi le Big Bang. Depuis de nombreuses années, la quantité de lithium observée dans les étoiles pose de sérieuses questions aux spécialistes. Certaines vieilles étoiles n'en avaient que très peu, et des étoiles plus jeunes en montraient une quantité jusqu'à 10 fois plus importante que ce qu'elle aurait dû être.
L'idée que du lithium puisse être expulsé dans le milieu interstellaire par des explosions d'étoiles, des novas, puis serve ensuite à composer de nouvelles générations d'étoiles, remonte à il y a plus de quarante ans. Mais aucune preuve observationnelle tangible n'avait pu être fournie. C'est donc maintenant chose faite grâce à Luca Izzo et ses collègues, qui publient leurs observations dans The Astrophysical Journal Letters.
Les mesures spectroscopiques de la lumière de Nova Centauri 2013 révèlent clairement la présence d'une raie d'absorption du lithium, qui est décalée vers le bleu. Ce décalage vers le bleu montre que le lithium fait partie de la matière éjectée par l'explosion à grande vitesse, dans notre direction, avec une vitesse de l'ordre de 2 millions de km/h. Et il s'agit de la première détection de ce genre dans une nova.
Massimo Della Valle de l'Observatoire Astronomique de Naples, co-auteur de l'étude, précise l'importance de cette découverte : “Si nous nous figurons l'histoire de l'évolution chimique de la Voie Lactée sous l'aspect d'un puzzle, alors le lithium en provenance des novas en constituait l'une des plus importantes et des plus énigmatiques pièces manquantes. En outre, tout modèle de Big Bang est susceptible d'être remis en question tant que l'énigme du lithium n'est pas résolue.”
La masse du lithium éjecté par Nova Centauri 2013 peut paraître relativement faible, moins d'un milliardième de la masse du Soleil, mais il ne faut pas oublier qu'au cours de la vie de notre galaxie, plusieurs milliards d'étoiles ont produit des explosions de type nova. Le phénomène à lui seul permet d'expliquer les quantités de lithium présentes au sein de la galaxie et disponibles pour la formation des nouvelles étoiles.
Cette belle découverte permet de mieux cerner l'évolution chimique de notre galaxie, et constitue une avancée importante pour l'étude de la composition des étoiles.
Source :
Early optical spectra of Nova V1369 Cen show presence of lithium
L. Izzo et al.,
The Astrophysical Journal Letters, 808:L14 (20 july 2015)
Voilà encore une première... Et pas des moindres... une équipe d'astronomes américano-néérlando-japonaise vient de publier dans Nature la découverte de la présence de molécules organiques complexes, au sein d'un disque protoplanétaire entourant une étoile toute jeune. Cette découverte a été réalisée avec le réseau de radiotélescopes ALMA dont nous avons déjà souvent parlé ici.
Illusration de la molécule CH3CN (ESO)
L'étoile en question est nommée MWC 480 (MWC signifiant Mount Wilson Catalogue). Autour de MWC 480 se trouve un disque de poussières nouvellement formé, qui ressemble un peu à la ceinture de Kuiper entourant notre soleil. Et dans le cas de MWC 480, on ne trouve pas que de l'eau en grandes quantités mais de du cyanure de méthyle (CH3CN) et du cyanure d'hydrogène (HCN). La quantité de cyanure de méthyle mise en évidence est suffisante pour remplir tous les océans terrestres... L'équipe d'astrochimistes comme on peut les appeler, menée par Karin Oberg du Harvard Smithonian Center for Astrophysics, montre pour la première fois qu'on retrouve des compositions chimiques similaires à ce qui est observé dans les comètes de notre propre système solaire, mais autour d'une étoile récemment formée, située à 455 années-lumière, dans une zone de formation d'étoiles (observable dans le Taureau). MWC 480 n'a seulement que 1 million d'années (à comparer aux 4,6 milliards du soleil). Ce disque protoplanétaire est très jeune, s'étant récemment agrégé à partir d'une nébuleuse de gaz et de poussières, et aucune trace de planète n'a encore pu y être trouvée.
En fait les astronomes savent depuis un moment que les nuages de gaz et de poussière froids sont les lieux idoines pour servir de véritables usines à molécules organiques complexes. Et ce qui rend très très intéressante la molécule de cyanure de méthyle, c'est qu'elle contient des liaisons carbone-azote, qui sont essentielles à la formation d'acides aminés, les bases de l'ADN et de l'ARN et des protéines.
Karin Oberg
(Harvard Smithonian Center for Astrophysics)
Jusqu'à aujourd'hui (ou plutôt jusqu'à hier), on ne savait pas si de telles molécules organiques complexes pouvaient se former en quantité et survivre dans un environnement de rayonnement intense et d'ondes de choc, si prompts à détruire les moindres liaisons chimiques. On sait aujourd'hui que c'est tout à fait possible et que cela semble même être très efficace. Il apparaît que ces molécules organiques sont beaucoup plus abondantes dans ce type de nuages protoplanétaires que dans des nuages interstellaires, et qui plus est, il semble aussi que ces disques protoplanétaires permettent de produire de telles molécules dans un temps relativement court.
C'est à une distance comprise entre 4,5 et 15 milliards de kilomètres (entre 30 et 100 U.A) de l'étoile qu'ont été détectées les grandes quantités de cyanure de méthyle, ce qui correspond à la zone de formation des comètes pour MWC480, qui est deux fois plus massive que le soleil.
Les astronomes estiment que toutes ces molécules organiques, dans la suite de l'évolution de ce système planétaire, vont se retrouver au sein de petits corps de type comètes, qui pourront dans un futur plus lointain ensemencer d'autres corps plus gros comme des planètes...
Une chose est désormaiscertaine : la chimie organique qui a donné naissance aux molécules qui nous composent existe bien ailleurs dans l'Univers. On pouvait s'en douter, mais c'est toujours mieux dans avoir une preuve observationnelle.
Sources :
Complex Organic Molecules Discovered in Infant Star System
