Cette image, avec un schéma montrant des molécules d'oxygène en rouge, illustre la découverte de l'oxygène moléculaire dans des régions de formations d'étoiles de la nébuleuse d'Orion. © Esa/Nasa/JPL-Caltech

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Herschel lève un coin du voile du mystère de l'oxygène manquant

ActualitéClassé sous :Astronomie , Orion , Oxygène moléculaire

L'oxygène est le troisième noyau le plus abondant dans l'univers observable. Les calculs conduisent à penser qu'il devrait être très présent sous forme moléculaire O2 dans les nuages interstellaires, en contradiction avec les observations. Bien que le compte n'y soit pas encore, les observations de Herschel en montrent la présence dans la nébuleuse d'Orion.

Dans la longue évolution menant du Big Bang au Vivant, le noyau d'oxygène occupe une place importante. On sait qu'il intervient dans le cycle CNO de Bethe-Weizsäcker faisant briller bon nombre d'étoiles. Mais ce qui est moins connu, c'est qu'il doit intervenir aussi dans la formation des étoiles elles-mêmes, sous forme d'oxygène moléculaire. Cela fait bien longtemps que l'on sait détecter des atomes d'oxygène ionisés dans l'atmosphère des étoiles, mais dans le cas de O2, les choses sont plus compliquées.

En effet, cette molécule peut être détectée par le rayonnement qu'elle émet ou absorbe du fait de sa rotation. Les niveaux d'énergies quantiques associés à cette rotation sont bien connus. Mais sur Terre, du fait de la présence importante de cette molécule dans l'atmosphère, il n'est pas possible de distinguer sa trace provenant du cosmos observable. Il faut nécessairement le faire à partir de satellites en dehors de l'atmosphère.

Une vue de la région d'Orion où se trouve la fameuse nébuleuse. © Digital Sky Survey

Les observations sont restées pendant longtemps négatives jusqu'à celles, il y a quelques années, du satellite Odin. Toutefois, le compte n'y était pas. Les modèles cosmochimiques décrivant la présence de l'oxygène dans les nuages moléculaires denses et froids où naissent les étoiles prédisaient que de grandes quantités de sa molécule, une pour 100.000 d'H2, devait être détectées. Or, les observations d'Odin donnaient des concentrations cent fois plus faibles. Une énigme venait donc de naître...

En arrière-fond, une image de la nébuleuse d'Orion prise par Spitzer et la région (dans le cercle) où le spectre montrant trois raies d'émissions de la molécule d'oxygène a été observé par Herschel. © Esa/Nasa/JPL-Caltech

La glace, un piège à oxygène

Les choses ont commencé à changer grâce au lancement du satellite européen Herschel dont le but est précisément d'étudier les nuages moléculaires et la formation des étoiles grâce à ses instruments observant dans l'infrarouge.

Dans certaines régions de la nébuleuse d'Orion, des quantités dix fois plus élevées que celles mesurées par Odin ont été inférées des mesures d'Herschel. Il semble que ces observations donnent du poids à une théorie expliquant le déficit apparent de O2 dans les nuages froids.

Les molécules d'oxygène se combineraient avec celles d'H2 pour former de la glace autour des grains de poussières abondant dans ces nuages. D'autres molécules contenant de l'oxygène se formeraient aussi. Localement chauffée par de nouvelles étoiles, la glace des poussières libérerait alors des molécules d'O2, faisant grimper à nouveau la concentration en molécule d'oxygène.

On a donc là une voie à explorer pour réconcilier modèles et observations.

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