éthanol et éléments glacés des nouveaux mondes

Une équipe internationale d’astronomes utilisant le NASA/ESA/ASC Télescope spatial James Webb découvert une variété de molécules, allant de molécules relativement simples comme le méthane à des composés complexes comme l’acétique. acide et l’éthanol, dans les protoétoiles à un stade précoce où les planètes ne se sont pas encore formées. Ce sont des ingrédients clés pour créer des mondes potentiellement habitables.

La présence de molécules organiques complexes (COM)⁽¹⁾ La présence de la phase solide dans les protoétoiles a été prédite pour la première fois il y a plusieurs décennies à partir d’expériences en laboratoire, et des détections provisoires de ces molécules ont été effectuées par d’autres télescopes spatiaux. Cela inclut le programme Early Release Science Ice Age de Webb, qui a découvert diverses glaces dans les régions les plus sombres et les plus froides d’un nuage moléculaire mesuré à ce jour.

Nouvelles découvertes du télescope Webb

Désormais, grâce à la résolution spectrale et à la sensibilité sans précédent de l’instrument MIRI de Webb, dans le cadre du programme JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), ces COM ont été identifiées individuellement et confirmées comme étant présentes dans la glace interstellaire. Cela inclut une détection robuste de l’acétaldéhyde, de l’éthanol (ce que nous appelons l’alcool), du formiate de méthyle et éventuellement de l’acide acétique (l’acide du vinaigre), dans la phase solide.

“Cette découverte contribue à l’une des questions de longue date en astrochimie”, a déclaré Will Rocha, chef d’équipe de l’Université de Leiden aux Pays-Bas. « Quelle est l’origine des COM dans l’espace ? Sont-ils fabriqués en phase gazeuse ou dans la glace ? La détection de COM dans la glace suggère que les réactions chimiques en phase solide à la surface des grains de poussière froids peuvent créer des types complexes de molécules.

Importance des COM en phase solide

Comme plusieurs COM, dont ceux détectés en phase solide lors de cette recherche, avaient déjà été détectés en phase gazeuse chaude, on pense désormais qu’ils proviennent de la sublimation de la glace. La sublimation consiste à passer directement d’un solide à un gaz sans devenir liquide. Ainsi, la détection de COM dans les glaces donne aux astronomes l’espoir de mieux comprendre les origines d’autres molécules encore plus grosses dans l’espace.

Harold Linnartz⁽²⁾ a dirigé le laboratoire d’astrophysique de Leiden pendant de nombreuses années et a coordonné les mesures de données utilisées dans cette étude. Ewine van Dishoeck de l’Université de Leiden, l’une des coordinatrices du programme JOYS+, a partagé : « Harold était particulièrement heureux que dans les missions COM, le travail en laboratoire puisse jouer un rôle important car il fallait beaucoup de temps pour y arriver. »

Une équipe internationale de scientifiques utilisant le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA a identifié une multitude de molécules (organiques) complexes contenant du carbone entourant deux protoétoiles. Ce graphique montre le spectre de l’une des deux protoétoiles, IRAS 2A. Il comprend les empreintes digitales de l’acétaldéhyde, de l’éthanol, du formiate de méthyle et probablement de l’acide acétique en phase solide. Ces molécules et d’autres détectées par Webb représentent des ingrédients clés pour créer des mondes potentiellement habitables. Crédit : NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI)

Les scientifiques souhaitent également explorer dans quelle mesure ces COM sont transportés vers des planètes à des stades beaucoup plus avancés de l’évolution de la protoétoile. Le COM contenu dans les glaces est transporté plus efficacement vers les disques de formation des planètes que le gaz provenant des nuages. Ces COM glacés peuvent donc être hérités par des comètes et des astéroïdes qui à leur tour peuvent entrer en collision avec des planètes en formation. Dans ce scénario, des COM peuvent être livrés sur ces planètes, fournissant potentiellement les ingrédients nécessaires à l’épanouissement de la vie.

Contexte astrochimique plus large

L’équipe scientifique a également détecté des molécules plus simples, notamment du méthane, de l’acide formique (qui rend les piqûres de fourmis douloureuses), du dioxyde de soufre et du formaldéhyde. Le dioxyde de soufre permet à l’équipe d’étudier l’équilibre du soufre disponible dans les protoétoiles. De plus, il présente un intérêt prébiotique car les recherches existantes suggèrent que les composés contenant du soufre ont joué un rôle important dans les réactions métaboliques au début de la Terre. Des ions négatifs ont également été détectés ;⁽³⁾ ils font partie des sels qui sont cruciaux pour développer une plus grande complexité chimique à des températures plus élevées. Cela indique que les glaces pourraient être beaucoup plus complexes et nécessiter des recherches plus approfondies.

Il est particulièrement intéressant de noter que l’une des sources étudiées, IRAS 2A, est caractérisée comme une protoétoile de faible masse. IRAS 2A pourrait donc présenter des similitudes avec les étapes primordiales de notre propre système solaire. Si c’est le cas, le produit chimique espèces identifiés dans cette protoétoile pourraient avoir été présents dans les premiers stades du développement de notre système solaire et ont ensuite été livrés aux débuts de la Terre.

Toutes ces molécules peuvent faire partie des comètes et des astéroïdes et éventuellement de nouveaux systèmes planétaires, à mesure que la matière glacée est transportée vers les disques formant des planètes à mesure que le système protostellaire évolue », a déclaré van Dishoeck. “Nous sommes impatients de suivre étape par étape cette piste astrochimique avec davantage de données Webb dans les années à venir.” »

D’autres travaux récents de Pooneh Nazari de l’Observatoire de Leiden suscitent également l’espoir des astronomes de découvrir davantage de complexité dans la glace, suite à des détections provisoires de cyanure de méthyle et de cyanure d’éthyle à partir des données Webb NIRSpec. Nazari déclare : « Il est impressionnant de voir à quel point Webb nous permet désormais d’approfondir la chimie de la glace jusqu’au niveau des cyanures, des ingrédients importants dans la chimie prébiotique. »

Remarques

1. Une molécule est une particule composée de deux ou plusieurs atomes maintenus ensemble par des liaisons chimiques. Une molécule organique complexe est une molécule contenant plusieurs atomes de carbone.
2. Ces résultats sont dédiés au professeur Harold Linnartz, membre de l’équipe, décédé subitement en décembre 2023, peu de temps après l’acceptation de cet article. Linnartz a apporté des contributions significatives à l’étude des molécules de gaz et de glace dans l’espace. Il a été directeur du laboratoire d’astrophysique de Leiden et de nombreux spectres en phase glace de molécules simples et complexes utilisés dans cette recherche ont été collectés par des étudiants sous sa supervision. Linnartz était ravi de la qualité des données Webb et de l’importance de ces résultats pour l’astrochimie.
3. Un ion est un atome ou molécule qui a une charge électrique globale, résultant d’un excès ou d’un déficit du nombre d’électrons négatifs par rapport au nombre de protons positifs dans l’ion. Un ion négatif est un ion avec une charge nette négative (donc un surplus d’électrons).

Plus d’information

Ces observations ont été réalisées dans le cadre du programme JOYS+ (James Webb Observations of Young ProtoStars), coordonné par Ewine van Dishoeck de l’Université de Leiden aux Pays-Bas et Michael Ressler du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. La recherche a été dirigée par l’Université Will Rocha de Leiden. Les études sur les cyanates ont été réalisées dans le cadre du programme IPA (Investigating Protostellar Accretion), coordonné par Tom Megeath de l’Université de Tolède.

Webb est le télescope le plus grand et le plus puissant jamais lancé dans l’espace. Dans le cadre d’un accord de collaboration internationale, l’ESA a assuré le service de lancement du télescope, à l’aide du lanceur Ariane 5. des partenaires, l’ESA a été responsable du développement et de la qualification des adaptations d’Ariane 5 pour la mission Webb et de l’acquisition du service de lancement par Arianespace. L’ESA a également fourni le spectrographe NIRSpec et 50 % de l’instrument infrarouge moyen MIRI, qui a été conçu et construit par un consortium d’instituts européens financés au niveau national (le Consortium européen MIRI) en partenariat avec JPL et l’Université de l’Arizona.

Webb est un partenariat international entre la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (ASC).