La chimie des étoiles est la clé de la capacité de leurs planètes à soutenir la vie

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Conception d'artiste d'un disque protoplanétaire autour d'une étoile nouveau-née. Une nouvelle étude suggère que notre système solaire s'est formé à partir d'un nuage de poussière et de gaz qui a été isolé de la galaxie au sens large pendant 30 millions d'années. (Crédit image : Université de Copenhague / Lars Buchhave)



Nées dans un disque de gaz et de gravats, les planètes finissent par se rassembler alors que des morceaux de poussière et de roche de plus en plus gros se collent les uns aux autres. Elles se trouvent peut-être à des centaines d'années-lumière de nous, mais les astronomes peuvent néanmoins observer ces planètes au fur et à mesure qu'elles se forment.



Un point d'intérêt majeur est la chimie du décombres qui se forment autour d'une étoile avant la formation d'un système planétaire, connu sous le nom de disque protoplanétaire.

Les molécules de gaz qui flottent dans le disque pourraient éventuellement faire partie de l'atmosphère des planètes. Si ces molécules contiennent de l'oxygène ou de l'azote, les chances de formation d'une planète favorable à la vie augmentent. [ Les planètes extraterrestres les plus étranges ]



'Il est très intéressant de réfléchir à la composition moléculaire (de ces disques)', a déclaré Catherine Walsh, astronome à l'observatoire de Leiden aux Pays-Bas. Les molécules qui se trouvent dans ces disques constitueront les molécules des atmosphères planétaires et des planétésimaux tels que les comètes.

Walsh a dirigé une nouvelle étude, ' Molécules organiques complexes dans les disques protoplanétaires ,' qui a été publié en février 2014 dans la revueAstronomie et astrophysique. Dans l'étude, les astronomes ont modélisé la formation de molécules complexes dans les systèmes protoplanétaires dans l'espoir de mieux comprendre leurs observations.

Recherche d'observations en haute définition

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L'un des objectifs de l'examen des disques protoplanétaires est de comprendre comment les molécules complexes se sont formées et ont changé au cours de leur évolution.(Crédit image : NASA/FUSE/Lynette Cook)

Les molécules des disques protoplanétaires émettent leur lumière dans les fréquences de lumière millimétrique et submillimétrique, qui se situent entre les plages d'observation de radiotélescopes et les télescopes infrarouges. Jusqu'à récemment, cependant, il y avait peu d'observatoires consacrés à cette bande de lumière particulière avec les capacités nécessaires pour voir des molécules complexes.

'Il y a eu beaucoup de travail effectué à ce jour, principalement avec des télescopes submillimétriques à antenne unique', a déclaré Walsh.



Bien que toute observation soit utile, le plat unique signifiait que les astronomes ne pouvaient pas obtenir la haute résolution spatiale et la sensibilité dont ils avaient besoin pour voir des molécules plus complexes. Cela a changé en 2013, cependant, lorsque le Grand réseau millimétrique Atacama (ALMA) au Chili s'est allumé pour la première fois.

L'observatoire – décrit comme le plus grand projet astronomique qui existe actuellement – ​​comprendra à terme 66 antennes situées à 5 000 mètres d'altitude, ce qui le place au-dessus d'une grande partie de la section de l'atmosphère qui empêche la lumière millimétrique d'arriver à la surface.

'C'est vraiment la prochaine grande avancée en astrophysique moléculaire, et ALMA nous donnera des ordres de grandeur (d'amélioration) de la sensibilité', a déclaré Walsh. [ 10 plus grands télescopes sur Terre : comment ils se comparent ]

Bien que son équipe ait soumis une proposition pour examiner des molécules à l'aide du réseau géant, la popularité du télescope (qui apporte de nombreuses propositions concurrentes) signifie qu'elle n'est pas sûre qu'elles réussissent.

S'ils parviennent à obtenir un créneau horaire, les astronomes devront travailler rapidement pour publier leurs résultats.

«Un grand avantage est que toutes les données d'ALMA seront accessibles au public après un an. Nous finirons par avoir cette énorme archive. N'importe qui peut accéder aux données et publier la science avec ces données », a déclaré Walsh.

Où regarder en premier ?

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L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili est conçu pour rechercher des phénomènes astronomiques tels que des molécules complexes dans les disques protoplanétaires.(Crédit image : ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / B. Tafreshi (twanight.org))

Les molécules complexes sont considérées comme des « précurseurs » de la chimie prébiotique, ou de la chimie qui crée les conditions nécessaires à la vie.

Un exemple célèbre de chimie prébiotique a eu lieu en 1952, lorsque les scientifiques Stanley Miller et Harold C. Urey ont mis les formes gazeuses de méthane, d'hydrogène, d'ammoniac et de vapeur d'eau dans un récipient scellé, puis ont frappé le gaz avec de l'électricité (un analogue de la foudre) . Après avoir fait cela pendant une semaine, les parois du conteneur contenaient une boue organique qui comprenait plusieurs des acides aminés que la vie utilise aujourd'hui.

La question, a dit Walsh, est de savoir molécules complexes sont présents dans les disques protoplanétaires, et ALMA serait-il capable de les voir ? Les molécules complexes ne sont pas seulement des précurseurs potentiels de la vie, mais les glaces dans lesquelles on pense qu'elles se forment agissent également comme un coagulant pour que les grains de poussière se collent et forment des planètes.

L'article de son équipe a modélisé l'environnement autour des étoiles de type T Tauri, la phase par laquelle une jeune étoile passe avant de se transformer en une étoile comme notre propre Soleil. Contrairement aux étoiles plus anciennes, la lumière émise par ces objets provient des contractions gravitationnelles lorsque l'étoile attire de la matière du disque environnant. [ Voir de superbes photos d'ALMA ]

L'équipe de Walsh a utilisé des calculs pour générer un modèle du disque, en se concentrant sur la température, la densité, la structure et la force de la lumière ultraviolette. Ils ont ensuite utilisé ce modèle pour calculer la chimie. Avec ces informations en main, ils ont effectué une autre série de calculs pour prédire ce qu'ALMA serait capable de voir.

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Conception d'artiste du Square Kilometer Array, un ensemble de télescopes qui fonctionneront ensemble en utilisant une technique appelée interférométrie.(Crédit image : SKA Organization / Swinburne Astronomy Productions)

Les molécules sont visibles de loin car leur rotation produit des spectres distincts, ou des émissions de raies visibles depuis la Terre. Le modèle a prédit le formaldéhyde, une molécule contenant quatre atomes, ce qui était une bonne chose car les résultats ont confirmé ce qui a été détecté dans les observations précédentes de disques protoplanétaires . Cependant, les astronomes aimeraient trouver une molécule plus complexe comme le méthanol, un dérivé du méthane, qui sur Terre est naturellement produit par les bactéries. Dans l'espace, le méthanol se forme un peu différemment : c'est un dérivé du monoxyde de carbone.

Le méthanol n'a pas encore été vu dans les disques protoplanétaires. Plus une molécule est complexe, moins son spectre apparaît brillant dans les télescopes, ce qui la rend plus difficile à repérer. Pourtant, Walsh a déclaré qu'elle était néanmoins certaine que le télescope ALMA serait à la hauteur de la tâche de repérer le méthanol, un premier échelon sur l'échelle de la complexité, et cela pourrait conduire à la découverte de molécules encore plus complexes, contenant à la fois de l'oxygène et de l'azote.

Si du méthanol est repéré, une prochaine étape serait de voir où il se trouve et d'étudier comment il se forme. Selon toute vraisemblance, la molécule se formerait à la surface des grains de poussière, car on pense que les molécules complexes ont des voies de formation en phase gazeuse inefficaces en raison des faibles densités de gaz dans l'espace.

La prochaine étape de la recherche consiste à trouver la glycine - l'acide aminé le plus simple et un élément constitutif des protéines - dans protoplanétaire disques . Walsh a qualifié la glycine de « Saint Graal » de la recherche et a noté sa « signification prébiotique comme l'un des éléments constitutifs de la vie ». Mais ALMA pourrait-elle détecter la glycine ?

« J'aime pécher par excès de prudence, dit-elle. C'est peut-être au-delà des capacités du télescope.

Mais là encore, il est difficile de prédire quel type de technologie sera disponible à l'avenir, a-t-elle ajouté.

Une possibilité est la Tableau de kilomètres carrés , un ensemble de radiotélescopes en construction en Australie et en Afrique du Sud, ainsi nommé parce que la zone de collecte aurait une superficie d'environ un kilomètre carré. La construction du télescope devrait commencer en 2018 et se terminer au milieu des années 2020.

Le réseau captera un ensemble de molécules complexes avec des longueurs d'onde plus longues et des fréquences plus basses qu'ALMA.

'Il est possible que nous puissions voir plus de molécules prébiotiques avec quelque chose comme le Square Kilometer Array', a-t-elle ajouté.

En savoir plus sur ces molécules complexes nous apprendra également les ingrédients disponibles pendant le processus de formation de la planète, ce qui aidera les astronomes à comprendre comment la composition moléculaire de la Terre et des autres planètes du système solaire est née, a déclaré Walsh.

« Nous avons maintenant vu des milliers d'exoplanètes et nous savons que formation de la planète est omniprésent, dit-elle. Nous savons maintenant qu'il y a beaucoup plus de planètes dans l'univers que d'étoiles, et qu'il y a beaucoup d'étoiles (à rechercher). Il y a tellement de choses à faire dans (la recherche) cette phase (protoplanétaire).

Cette histoire a été fournie par Revue d'Astrobiologie , une publication en ligne sponsorisée par la NASA programme d'astrobiologie .

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