Sur cette image construite grâce au télescope spatial Herschel de l’Agence spatiale européenne (ESA), le nuage moléculaire du Taureau que les chercheurs de l’université de l’Arizona (États-Unis) ont étudié à la recherche de molécules prébiotiques. © ESA/Herschel/PACS, SPIRE/Gould Belt survey Key Programme/Palmeirim et al. 2013
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Les briques de la vie apparaissent bien avant les étoiles

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Profitant de longues heures d'observation sur un télescope de l'observatoire de Kitt Peak (États-Unis), des astronomes ont étudié un nuage de poussière et de gaz froids. Ils cherchaient des traces de molécules organiques, précurseurs de la vie. Ils en ont trouvé plus qu'espéré dans des régions où aucune étoile ne verra le jour avant des centaines de milliers d'années.

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[EN VIDÉO] L'Odyssée interstellaire : et si l'on découvrait une forme de vie extraterrestre évoluée ?  Il est déjà possible d'imaginer scientifiquement, dans les grandes lignes, comment serait construit un vaisseau interstellaire autorisé par les lois de la physique et de la technologie. Après 50 ans de voyage en direction d'une étoile dans la banlieue proche du Soleil, l'intelligence artificielle, gérant la mission d'un tel navire, pourrait explorer une exoterre avec des drones pour y faire non seulement la découverte d'une vie ailleurs mais aussi d'une vie intelligente comme le montre cet extrait du documentaire L’Odyssée interstellaire, diffusé sur Arte. 

Dans l'atmosphère de Titan, la plus grande lune de Saturne, ou dans l'océan d'Encelade, le satellite glacé de Jupiter. Dans des météorites ou même dans des nuages moléculaires denses et froids où se forment les jeunes étoiles. Les astronomes ont déjà trouvé des molécules prébiotiques, des précurseurs de la vie telle que nous la connaissons, en divers endroits de notre Univers. Mais les mécanismes sous-jacents à leur formation restent mystérieux.

Et des travaux menés par des chercheurs de l’université de l’Arizona (États-Unis) apportent aujourd'hui un éclairage nouveau. Ils ont découvert des molécules organiques complexes - du méthanol (CH3OH) et de l'acétaldéhyde (CH3CHO) -, des briques de la vie, dans une nurserie d’étoiles qui est encore à plusieurs centaines de milliers d'années de former ses premières protoétoiles : le nuage moléculaire du Taureau, à quelque 440 années-lumière de notre Terre.

Grâce à un instrument de l'observatoire de Kitt Peak (Arizona), les astronomes ont étudié 31 noyaux plus denses de ce nuage moléculaire. Près de 500 heures passées à observer ces noyaux préstellaires - une opportunité rare. Pour découvrir du méthanol dans chacun d'entre eux et de l'acétaldéhyde dans 70 % d'entre eux.

Les noyaux préstellaires sont des environnements calmes et froids qui n’émettent que de faibles signaux. Et c’est la précision et la disponibilité du radiotélescope d’observation millimétrique de l’observatoire Kitt Peak qui ont permis aux astronomes de l’université de l’Arizona (États-Unis) d’obtenir des images utiles de quelques-uns d’entre eux, dans le nuage moléculaire du Taureau. © Jeff Mangum, NRAO

Un inventaire des molécules prébiotiques à venir

Les théories les plus communément admises avancent pourtant un scénario dans lequel la chaleur de protoétoile est nécessaire à la formation de molécules organiques. Mais les résultats des chercheurs de l'université de l'Arizona et la découverte d'autant de précurseurs de la vie dans des nuages de poussières et de gaz très froids laissent penser que d'autres processus doivent être à l'œuvre.

Regarder des photos de différentes personnes à différents stades de leur vie

Rappelons que les noyaux préstellaires n'existent que sur une période relativement brève à l'échelle de l'Univers. Environ un million d'années. Ils se forment dans des filaments, résultats de l'effondrement des gaz et des poussières qui forment les nuages moléculaires froids. Notre Système solaire est né d'un tel nuage semblable à celui du Taureau. « Observer ces noyaux préstellaires, c'est un peu comme regarder un album de photos avec des instantanés pris de différentes personnes à différents stades de leur vie », remarque Samantha Scibelli, astronome, dans un communiqué de l’université de l’Arizona.

Pour mieux comprendre l'évolution des molécules prébiotiques, de ces briques de la vie, à ces stades très précoces de la formation des étoiles, les chercheurs de l'université de l'Arizona prévoient maintenant d'étudier plus en détail chacun de ces noyaux préstellaires. Objectif : faire l'inventaire des molécules organiques qu'ils renferment.

Pour en savoir plus

La chimie prébiotique peut débuter dès la naissance de l'étoile

Des molécules complexes, organiques pour certaines, ont été repérées au sein d'une concentration de gaz, L1544, qui devrait évoluer par effondrement en une protoétoile du même type que le Soleil. La richesse des ingrédients détectés par le radiotélescope de 30 m de l'Iram suggère que la chimie prébiotique peut être initiée avant même la formation des étoiles.

Article du CNRS paru le 13/11/2015

L1544 se situe dans la région la plus brillante (à gauche) de cette partie du nuage moléculaire du Taureau, distante de 450 années-lumière, observée ici dans l’infrarouge moyen avec le télescope spatial Herschel © Esa, Herschel, Spire

Situé dans la région du nuage moléculaire du Taureau (TMC, Taurus Molecular Cloud) à environ 450 années-lumière de la Terre, L1544 est considéré comme un prototype de cœur préstellaire. Cette concentration est supposée être une étape précoce, précédant l'effondrement gravitationnel qui conduit à la formation d'une protoétoile du même type que notre Soleil. Un relevé spectral a été effectué avec le télescope de 30 mètres de diamètre de l'Iram, dans le cadre du « Large Program » ASAI (voir Astrochemical Surveys at IRAM) et a révélé un grand nombre de molécules complexes, comprenant des espèces organiques ou COM (Complex Organic Molecules) oxygénées (rapplelons que les molécules organiques sont composées d'une chaîne d'atomes de carbone).

Les espèces monoxyde de tricarbone (C3O), méthanol (CH3OH), éthanal (ou acétaldéhyde, CH3CHO), acide formique (HCOOH), cétène (H2CCO) et propyne (CH3CCH) ont été détectées avec des abondances entre 5 x 10-11 et 5 x 10-9. Afin d'expliquer celles de méthanol, Charlotte Vastel et son équipe pensent que les glaces dans lesquelles se forme le méthanol subissent une photo-désorption non thermique dans la couche externe où peuvent pénétrer les photons FUV (Far Ultraviolet, ultraviolet lointain). La présence de molécules organiques complexes (les COM) pourrait ainsi être expliquée, tout comme celle de l'eau, elle aussi issue de la photo-désorption non thermique. Les modèles de chimie semblent confirmer que la désorption de petites quantités de méthanol et d'éthylène (C2H4) pourrait suffire pour expliquer ces observations.

Exemple de spectre acquis entre 81 et 89 GHz révélant un grand nombre d’espèces avec quelques COM (Complex Organic Molecules). Ce graphique montre la richesse d’une partie du spectre obtenu entre 81 et 89 GHz, avec l’identification des raies les plus fortes. © CNRS, C. Vastel et al., 2015

La chimie prébiotique initiée dès les première étapes de la formation stellaire

Encore plus récemment, un profil complexe a été détecté à environ 101 GHz. Les auteurs l'ont suspecté d'être la structure hyperfine du radical cyanométhyle (CH2CN). Suite à des calculs spectroscopiques, les cosmochimistes ont montré la première détection de la structure fine et hyperfine des formes ortho et para de cette espèce dans le cœur encore très froid de L1544.

Ces observations ASAI publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics (A&A) révèlent un contenu organique très riche à l'intérieur de L1544. Bien qu'il soit très difficile de prédire tous les processus chimiques permettant de synthétiser ces molécules complexes au cours de la formation d'une protoétoile de type solaire, il est tentant de prédire, au vu de la richesse exceptionnelle de ce relevé non biaisé, que la chimie prébiotique est initiée dans les premières étapes de formation stellaire.

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