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De l'eau dans l'univers un milliard d'années seulement après le Big Bang ?

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Abondante dans notre Système solaire et ailleurs, l'eau se serait vraisemblablement formée il y a plusieurs milliards d'années lorsque le cosmos a commencé à s'enrichir en oxygène. Une récente étude suggère même que les conditions étaient favorables dès le premier milliard d'années de l'univers.

L’eau est partout dans notre Système solaire et au-delà, autour d’autres étoiles, dans les nuages moléculaires d’autres galaxies, etc. © Nasa

Surnommée la Planète bleue car recouverte d'eau à plus de 70 %, la Terre n'est pas pour autant l'astre qui en détient le plus. Proportionnellement à sa taille et à sa masse, elle en est même loin. Cérès, par exemple, dont l'exploration scientifique par la sonde Dawn vient de commencer, en contient de grandes quantités (au moins 25 % de sa masse selon les estimations). Idem pour Europe, située autour de Jupiter, qui ne manque pas d'étonner, car elle est plus petite que la Terre et contient pourtant plus d'eau (comme le montre cette illustration d'Europe) !

En réalité, et contrairement aux idées reçues qui feraient volontiers passer notre Planète comme étant le seul et unique point d'eau (une oasis) dans le désert galactique, cette molécule est partout et abondante. Dans notre Système solaire, par exemple, les corps qui en possèdent sont nombreux : Mars (il y en avait plus encore il y a 4 milliards d'années), Europe, Ganymède, Callisto, Encelade et bien d'autres (voir le graphique de la Nasa). Il en existe aussi énormément au-delà de Neptune, au sein des comètes, des planètes naines comme Pluton, voire dans les astéroïdes comme le suggèrent certaines observations.

Bien entendu, l'eau ne s'est pas exclusivement accumulée autour de notre Soleil, par conséquent chaque étoile de la galaxie et chaque système planétaire en détiennent... Voilà qui décuple les possibilités de trouver un jour de la vie ailleurs : « Je pense que nous allons avoir des indications fortes que de la vie existe au-delà de la Terre d'ici une décennie et que nous en aurons des preuves définitives dans 20 à 30 ans », déclarait à ce propos, il y a quelques semaines, dans un communiqué de presse de la Nasa, Ellen Stofan, directrice scientifique à l'Agence spatiale.

Exemple d’un « globule de Bok » photographié par Hubble au sein de la nébuleuse NGC 281. Selon une étude, un milliard d’années après le Big Bang, ce type de « poche » sombre de gaz et de poussières pouvait déjà contenir de la vapeur d’eau en grande quantité, même s’il y avait 1.000 fois moins d’oxygène qu’aujourd’hui. © Nasa, Esa, Hubble

Des conditions favorables à l'apparition de l'eau

Mais au fait, d'où vient toute cette eau ? Pour chaque gorgée de ce précieux liquide (l'eau douce liquide représente sur Terre moins de 1 % de l'ensemble) que nous buvons tous, songez que l'hydrogène et l'oxygène qui la composent furent créés voici plusieurs milliards d'années. Pour le premier, quelques instants après le Big Bang, il y a 13,8 milliards d'années, et pour le second, un peu plus tard. Le sujet est cependant encore en cours de débat et la date reste difficile à préciser. La production de l'oxygène ayant débuté avec la première génération d'étoiles, plusieurs centaines de millions d'années — voire quelques milliards d'années — furent donc nécessaires pour que son abondance dans la galaxie soit significative et permette l'avènement de l'eau (sous forme de glace et de vapeur) dans les nuages de gaz et de poussières où se forment les étoiles (et autour d'elles, les planètes).

Une équipe de chercheurs estime qu'un milliard d'années environ après le Big Bang, les conditions pouvaient déjà être favorables à l'apparition de l'eau. Les premières étoiles étaient vraisemblablement très massives et ne vivaient pas très longtemps. Aussi, l'oxygène qu'elles ont synthétisé et dispersé (éjecté aussi lors de leur explosion) est venu enrichir plusieurs poches de gaz encore pauvre en éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium.

Selon les chercheurs, puisqu'à cette période l'univers était plus dense et plus chaud, de l'eau sous sa forme gazeuse aurait pu se former à une température de 300 K, soit environ 26,6 °C. « Nous avons examiné la chimie au sein de jeunes nuages moléculaires qui contiennent 1.000 fois moins d'oxygène que notre Soleil [né il y a 4,6 milliards d'années, NDLR], explique Avi Loeb du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et coauteur de cette étude publiée dans Astrophysical Journal Letters et disponible sur arXivÀ notre grande surprise, nous avons trouvé qu'il est possible d'obtenir autant de vapeur d'eau que l'on peut en observer (actuellement) dans notre propre Galaxie. »

En outre, en dépit des rayonnements ultraviolets des jeunes étoiles qui cassent massivement les molécules, une production soutenue a pu tout à fait contrebalancer, au fil de plusieurs centaines de millions d'années, la dégradation, affichant ainsi un équilibre comparable à celui qui est observé aujourd'hui dans l'univers local. « Vous pouvez accumuler des quantités d'eau importantes à l'état gazeux, même sans un gros enrichissement en éléments lourds », souligne Shmuel Bialy (université de Tel-Aviv) qui a dirigé l'équipe. Vitale pour nous, cette molécule que l'on côtoie chaque jour a presque un goût d'éternité.