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Origine de la vie : la Nasa étudie la glace cosmique

La glace amorphe ne se rencontre pas sur Terre, en dehors de laboratoires comme le Cosmic Ice Lab de la Nasa, mais bien à la surface des poussières cosmiques. Elle y est le lieu d’une chimie prébiotique que l’on veut comprendre pour élucider le mystère de l’origine de la vie. On vient de montrer qu’elle peut protéger les acides aminés des rayons cosmiques.

Cette image est un symbole possible des travaux d'astrochimie en laboratoire sur Terre. Le schéma d'un dispositif de l'un de ces laboratoires se voit avec en arrière-plan une photo en fausses couleurs d'un nuage moléculaire. © Gianfranco Vidali Cette image est un symbole possible des travaux d'astrochimie en laboratoire sur Terre. Le schéma d'un dispositif de l'un de ces laboratoires se voit avec en arrière-plan une photo en fausses couleurs d'un nuage moléculaire. © Gianfranco Vidali

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C’est l’essor de la radioastronomie après la seconde guerre mondiale qui a permis la découverte de nombreuses molécules interstellaires depuis environ 40 ans. Un nouveau domaine scientifique s’est alors ouvert, celui de l’astrochimie, conjointement avec les progrès fulgurants de la planétologie comparée rendus possibles par la conquête spatiale.

De prime abord, l’existence de ces molécules était paradoxale, car on les trouvait dans des nuages à de très basses températures et malgré tout dans des conditions de vide très poussé. On a fini par comprendre qu’elles peuvent tout de même apparaître en phase gazeuse dans un ultravide et à des températures de l’ordre de 10 K, soit environ -263 °C. Autre découverte, elles peuvent se former dans le manteau de glace amorphe recouvrant les poussières interstellaires présentes dans les nuages moléculaires.

Des images prises en fausses couleurs montrant deux types de glaces différents. L'image de gauche montre de la glace cristallisée, alors que celle de droite montre de la glace amorphe (en bleu). © Image de gauche : Nasa, Earth Observatory ; image de droite : Nasa, ARC, P. Jenniskens, D. F. Blake
Des images prises en fausses couleurs montrant deux types de glaces différents. L'image de gauche montre de la glace cristallisée, alors que celle de droite montre de la glace amorphe (en bleu). © Image de gauche : Nasa, Earth Observatory ; image de droite : Nasa, ARC, P. Jenniskens, D. F. Blake

Cette glace amorphe, comme son nom l’indique, n’est pas sous forme cristalline. Pour apparaître, elle requiert des conditions de pression et de température extrêmes et précises qui ne peuvent exister sur Terre que dans des laboratoires comme le Cosmic Ice Lab du célèbre Nasa's Goddard Space Flight Center. En fait, on a de bonnes raisons de penser que la majorité de l’eau dans l’univers observable se trouve sous forme de glace amorphe. On la trouve aussi au sein de notre Système solaire dans les comètes et à la surface de certaines lunes glacées comme Europe (sur Callisto, la glace est principalement sous forme cristalline).

Une glace pour la chimie prébiotique

Les poussières entourées de glace amorphe intéressent les exobiologistes, car l’on pense que plusieurs stades importants de la chimie prébiotique ont pu se dérouler dans leur gangue de glace. En effet, il y a tout lieu de penser que des réactions de photodissociation et de recombinaison se produisent dans cette glace amorphe, qui contiendrait aussi des atomes d’azote et de carbone, sous l’action des ultraviolets émis par les jeunes étoiles présentes dans les nuages moléculaires. On sait en outre que des rayons cosmiques, principalement composés de protons, frappent ces poussières dans les nuages.


Une présentation des travaux de recherche sur la glace cosmique effectués par les astrochimistes de la Nasa. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français », puis cliquez sur « OK ». © NASAexplorer, YouTube

Dans le cadre de leur étude des propriétés physicochimiques de la glace cosmique et des divers processus astrochimiques associés, des chercheurs du Cosmic Ice Lab ont voulu en apprendre un peu plus sur l’effet des rayons cosmiques sur les molécules organiques pouvant se trouver dans cette glace. Des résultats d’expériences réalisées avec des acides aminés viennent d'être publiés dans le journal Icarus.

La stabilité des acides aminés en question

On sait que des acides aminés ont été trouvés dans des météorites primitives. Il est naturel d’imaginer que ces acides se sont formés dans le nuage moléculaire apparu avant la naissance de l’étoile mère du Soleil et de la nébuleuse protosolaire. Les chercheurs de la Nasa ont voulu savoir si les acides aminés pouvaient conserver leur intégrité dans la glace amorphe entourant des poussières, ou juste sous la surface des planètes et comètes, malgré le rayonnement cosmique.

Ils ont fabriqué plusieurs échantillons de glace amorphe, dont trois composés d’un mélange d’eau et de trois acides aminés, respectivement la glycine, l’alanine et phénylalanine. Ces échantillons étaient refroidis à 15 K et sous une pression un milliard de fois plus faible qu’au niveau de la mer durant des expériences reproduisant les conditions rencontrées dans l’espace. Ils ont donc en plus été soumis à des faisceaux de protons créés à l’aide de champs électriques élevés produits par des générateurs de Van de Graaff. Avec les protons ainsi accélérés, il est possible de simuler les effets d’un million d’années d’exposition aux rayons cosmiques en seulement une demi-heure.

À partir des données obtenues, les astrochimistes ont conclu que certains acides aminés pouvaient être conservés de quelques dizaines à quelques centaines de millions d’années sous au moins un centimètre de glace amorphe à la surface de Mars, de Pluton ou des comètes.


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