Image composite du disque protoplanètaire autour de l'étoile Oph-IRS 48. © Alma (ESO, NAOJ, NRAO), A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.
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Découverte de la plus grosse brique de la chimie de la vie dans un disque protoplanétaire

ActualitéClassé sous :Astronomie , exobiologie , Oph-IRS 48

[EN VIDÉO] Quels phénomènes sont à l’origine de la vie ?  Dès 1871, Charles Darwin avait imaginé que la vie terrestre aurait pu naître « dans une petite mare », à partir de composés chimiques divers qui se seraient combinés pour former des molécules complexes. Un autre courant de pensée — la panspermie — a fait venir la vie de l'espace. Aujourd'hui, la question n'est pas résolue mais les scientifiques penchent du côté de Darwin avec une chimie prébiotique. 

L'évolution chimique de la matière conduisant à la vie est déjà présente dans les nuages moléculaires où naissent les étoiles entourées d'exoplanètes. Dans un célèbre disque protoplanétaire, une molécule organique considérée comme un précurseur de briques de la vie vient d'être découverte et c'est la plus longue connue dans un disque où se forment des planètes.

Il y a presque onze ans et déjà, en utilisant le réseau de radiotélescope Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) au Chili, des astrophysiciens avaient mis sur le devant de la scène le disque protoplanétaire de l'étoile Oph-IRS 48 située à environ 444 années-lumière du Soleil dans la constellation d’Ophiuchus. « Oph » se réfère à la constellation Ophiuchus dite du Porteur de serpents, et IRS signifie source infrarouge comme Futura l'expliquait dans un article dont nous reprenons en partie le contenu aujourd'hui. Des observations, effectuées au moyen du VLT (Very Large Telescope) de l'ESO, avaient montré avant Alma que l'on était en présence d'un disque percé d'un trou central sans doute créé par une planète invisible dont la masse était estimée à dix fois celle de Jupiter, à moins qu'il ne s'agisse d'une autre étoile.

Cette image composite présente une vue d’artiste du disque de formation de planètes autour de l'étoile IRS 48, également connue sous le nom de Oph-IRS 48. Le disque contient une région en forme de noix de cajou dans sa partie sud, qui piège des grains de poussière de taille millimétrique qui peuvent s'assembler et se transformer en objet de taille kilométrique comme des comètes, des astéroïdes et même potentiellement des planètes. Des observations récentes effectuées à l'aide d’Alma ont permis de repérer plusieurs molécules organiques complexes dans cette région, dont le méthoxyméthane, la plus grande molécule trouvée à ce jour dans un disque de formation de planètes. L'émission signalant la présence de cette molécule (observations réelles indiquées en bleu) est nettement plus forte dans le piège à poussière du disque. Un modèle de la molécule est également montré dans cette composition. ESO/L. Calçada, Alma (ESO/Naoj/Nrao)/A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.

Les observations ultérieures d'Alma avaient alors révélé en lieu et place de l'anneau que les radioastronomes s'attendaient à voir une structure en forme de noix de cajou dont il devint rapidement évident qu'il s'agissait très probablement de la preuve observationnelle qui faisait jusqu'ici défaut à un modèle avancé en 1995 par Pierre Barge alors en poste au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (Lam) et par son collègue Joël Sommeria alors du Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels de Grenoble (Legi). Ce modèle avance que des tourbillons gazeux géants sont responsables de la capture et du confinement des poussières contenues dans le disque de gaz qui entoure l'étoile, ceci avec une telle efficacité que la formation de comètes et même de planètes deviendrait possible. Il suppose l'existence de tourbillons anticycloniques, les seuls capables de survivre sans être déchirés par la rotation du disque.

Futura  avait demandé à Pierre Barge à cette époque de nous parler plus en détails du modèle qu'il avait proposé avec Joël Sommeria et des problèmes qu'il est censé résoudre en cosmogonie planétaire, ce qu'il avait fait dans une interview exposée en deux articles .

Une plongée à travers la Voie lactée en direction du système Oph-IRS 48. Alma y avait révélé l'existence d'une sorte de piège à poussières tourbillonnant permettant la formation de comètes et de planètes. © Nick Risinger, Alma (ESO-Naoj-Nrao), YouTube

Oph-IRS 48 et l'exobiologie

Aujourd'hui, c'est plutôt l’exobiologie qui est concernée par de nouvelles observations faites avec Alma et donc à nouveau Oph-IRS 48. Comme l'explique un communiqué de l'Eso, et comme le prouve l'article qui l'accompagne publié dans Astronomy and Astrophysics, ce sont essentiellement des chercheuses de l'Observatoire de Leiden aux Pays-Bas qui sont à l'origine de la nouvelle découverte, la détection de la plus grande molécule identifiée dans un disque protoplanétaire et, en plus, organique puisqu'il s'agit de méthoxyméthane de formule CH3OCH3.

Or il se trouve que cette molécule est un précurseur permettant l'apparition dans des réactions chimiques de molécules prébiotiques de plus grandes tailles pouvant servir à l'apparition de la Vie. On connaissait déjà l'existence de cette molécule et d'autres relevant de l'exobiologie dans des nuages moléculaires où l'on sait que naissent des étoiles entourées de disques protoplanétaires. Mais c'est la première fois que l'on montre que cette molécule peut aussi se retrouver dans un tel disque et donc potentiellement aussi sur des exoplanètes capables de faire naitre et se développer des formes de vie similaires à celles que l'on connait sur Terre.

« Grâce à ces résultats, nous pouvons en apprendre davantage sur l'origine de la vie sur notre Planète et donc avoir une meilleure idée du potentiel de vie dans d'autres systèmes planétaires. Il est très intéressant de voir comment ces résultats s'intègrent dans le tableau d'ensemble », explique d'ailleurs à ce propos, dans le communiqué de l'Eso, Nashanty Brunken, étudiante en master à l'Observatoire de Leiden et auteure principale de l'étude publiée.

De fait, on s'attend dans les années à venir à ce que la mise en service de  l'ELT (Extremely Large Telescope), encore en construction au Chili, nous permettent d'aller encore plus loin dans les études astrochimiques du disque autour de Oph-IRS 48 et plus précisément dans ses régions internes, là où des exoterres pourraient apparaitre.

Des explications concernant les découvertes faites avec Oph-IRS 48. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © European Southern Observatory (ESO)

Des molécules prébiotiques dans la glace

Il y a des décennies, l'étude de l'astrochimie des nuages moléculaires et poussiéreux par les radioastronomes s'est révélée surprenante. En plus des molécules d'hydrogène et des poussières silicatées et carbonées, on y a découvert plus de 120 molécules organiques simples. La modélisation de cette astrochimie et les données observationnelles laissent penser que les poussières s'entourent d'une gangue de glace d'eau dans laquelle ces molécules simples, comme le monoxyde de carbone (CO), l'ammoniac (NH3), le méthane (CH4), le méthanol (CH3OH), le formaldéhyde (H2CO) ou encore l'acide formique (HCOOH), se forment et réagissent entre elles sous l'action des photons ultraviolets des jeunes étoiles nées dans ces nuages.

On sait que les météorites carbonées contiennent des molécules organiques que l'on peut considérer comme des briques de la vie, des sucres et des acides aminés notamment. Or les météorites se sont formées à partir des poussières dans les nuages moléculaires. Il y a donc toute une chimie prébiotique pouvant conditionner l'apparition de la vie sur des exoplanètes rocheuses qui va des nuages moléculaires aux disques protoplanétaires qui se forment à partir de ces nuages.

Or, récemment, on avait montré que le piège à poussières découvert auparavant dans Oph-IRS 48 par Alma contenait précisément des poussières entourées de glace et c'est dans cette région que les observations d'Alma ont révélé la présence de la molécule de méthoxyméthane.

Fabriquer les briques du vivant, 5e étape du parcours AstrobioEducation, avec Vassilissa Vinogradoff, astrochimiste. © Société Française d'Exobiologie

On comprend donc les déclarations d'Alice Booth, également chercheuse à l'Observatoire de Leiden et co-auteure de l'article publié : « Ce qui rend cette découverte encore plus enthousiasmante, c'est que nous savons maintenant que ces molécules complexes plus grandes sont disponibles pour alimenter les planètes en formation dans le disque. Cela n'était pas connu auparavant car, dans la plupart des systèmes, ces molécules sont cachées dans la glace ».

On comprend aussi également celle de sa collègue Nienke van der Marel : « Nous sommes extrêmement heureux de pouvoir commencer à suivre le parcours complet de ces molécules complexes, depuis les nuages qui forment les étoiles jusqu'aux comètes, en passant par les disques de formation des planètes. Nous espérons qu'avec d'autres observations, nous pourrons nous rapprocher de la compréhension de l'origine des molécules prébiotiques dans notre propre Système solaire ».

Voici l'image (couleurs non réelles) du disque de transition que montre Alma autour de Oph-IRS 48. Dans la zone orange se trouvent des grains de poussières de petites tailles, de l'ordre du micron. En vert, on observe des grains de la taille du millimètre. On est donc en présence d'un piège à poussières permettant à celles-ci de croître en taille comme dans la théorie proposée en 1995 par Pierre Barge et Joël Sommeria. L'échelle est donnée par la taille de l'orbite de Neptune en haut à gauche, et par la barre en bas à droite indiquant 60 fois la distance Terre-Soleil, donc 60 unités astronomiques (UA, AU en anglais). © Nienke van der Marel, Alma (ESO-Naoj-Nrao)
Ces images en fausses couleurs de l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) montrent où diverses molécules de gaz ont été trouvées dans le disque autour de l'étoile IRS 48, également connue sous le nom d'Oph-IRS 48. Le disque contient une région en forme de noix de cajou dans sa partie sud, qui emprisonne des grains de poussières de taille millimétrique qui peuvent se rassembler et se transformer en objet de la taille d'un kilomètre comme des comètes, des astéroïdes et potentiellement même des planètes. Des observations récentes ont repéré plusieurs molécules organiques complexes dans cette région, notamment le formaldéhyde (H2CO, en orange), le méthanol (CH3OH, en vert) et le méthoxyméthane (CH3OCH3, en bleu), la plus grande molécule trouvée dans un disque de formation de planètes à ce jour. L'émission signalant la présence de ces molécules est nettement plus forte dans le piège à poussières du disque, tandis que le monoxyde de carbone (CO, en violet) est présent dans l'ensemble du disque de gaz. L'emplacement de l'étoile centrale est marqué d'une étoile dans les quatre images. Le piège à poussières est à peu près de la même taille que la zone occupée par l'émission de méthanol, indiquée en bas à gauche. © Alma (ESO/Naoj/Nrao)/A. Pohl, van der Marel et al., Brunken et al.

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