Des scientifiques ont détecté pour la première fois dans l’espace un nouveau composé carboné, le cation méthyle, grâce au télescope spatial James Webb de la NASA. Ce composé, essentiel à la formation de molécules complexes à base de carbone, a été découvert dans un jeune système stellaire de la nébuleuse d’Orion. Cette découverte pourrait améliorer notre compréhension du développement potentiel de la vie au-delà de la Terre.
Cette molécule, jamais observée dans l’espace, serait la pierre angulaire de la chimie organique interstellaire.
Les composés de carbone sont à la base de toute forme de vie connue. Ils présentent donc un intérêt particulier pour les scientifiques qui cherchent à comprendre comment la vie s’est développée sur Terre et comment elle pourrait se développer ailleurs dans l’univers. L’étude de la chimie organique interstellaire (contenant du carbone) est donc un domaine qui fascine de nombreux astronomes.
Une équipe internationale d’astronomes a utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour détecter pour la première fois un composé carboné connu sous le nom de cation méthyle. Cette molécule est importante car elle facilite la formation de molécules plus complexes à base de carbone. Elle a été découverte dans un jeune système stellaire doté d’un disque protoplanétaire, à 1 350 années-lumière de distance, dans la nébuleuse d’Orion.
Ces images Webb montrent une partie de la nébuleuse d’Orion connue sous le nom de Barre d’Orion. Il s’agit d’une région où la lumière énergétique ultraviolette provenant de l’amas du Trapèze – situé dans le coin supérieur gauche – interagit avec des nuages moléculaires denses. L’énergie du rayonnement stellaire érode lentement la barre d’Orion, ce qui a un effet profond sur les molécules et la chimie des disques protoplanétaires qui se sont formés autour des étoiles naissantes de cette région.
La plus grande image, à gauche, provient de l’instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) du télescope Webb. En haut à droite, le télescope est focalisé sur une zone plus petite à l’aide de l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb. Au centre de la zone MIRI se trouve un jeune système stellaire avec un disque protoplanétaire nommé d203-506. L’extrait en bas à droite montre une image combinée NIRCam et MIRI de ce jeune système.
Crédit : ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), PDRs4ALL ERS Team
Le télescope spatial Webb détecte pour la première fois une molécule de carbone cruciale
Une équipe de scientifiques internationaux a utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour détecter pour la première fois un nouveau composé de carbone dans l’espace. Connue sous le nom de cation méthyle (prononcé cat-eye-on) (CH3+), cette molécule est importante car elle facilite la formation de molécules plus complexes à base de carbone. Le cation méthylique a été détecté dans un jeune système stellaire doté d’un disque protoplanétaire, appelé d203-506, situé à environ 1 350 années-lumière dans la nébuleuse d’Orion.
Les composés de carbone sont à la base de toute vie connue et sont donc particulièrement intéressants pour les scientifiques qui cherchent à comprendre comment la vie s’est développée sur Terre et comment elle pourrait se développer ailleurs dans l’univers. L’étude de la chimie organique interstellaire (contenant du carbone), à laquelle Webb ouvre de nouvelles perspectives, est un domaine qui fascine de nombreux astronomes.
Cette image prise par la caméra NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb montre une partie de la nébuleuse d’Orion connue sous le nom de Barre d’Orion. Il s’agit d’une région où la lumière énergétique ultraviolette provenant de l’amas du Trapèze – situé dans le coin supérieur gauche – interagit avec des nuages moléculaires denses. L’énergie du rayonnement stellaire érode lentement la barre d’Orion, ce qui a un effet profond sur les molécules et la chimie des disques protoplanétaires qui se sont formés autour des étoiles naissantes de cette région.
Sur cette image se trouve un jeune système stellaire connu sous le nom de d203-506, qui possède un disque protoplanétaire. Les astronomes ont utilisé Webb pour détecter pour la première fois une molécule de carbone connue sous le nom de cation méthyle dans ce disque. Cette molécule est importante car elle facilite la formation de molécules plus complexes à base de carbone.
Crédit : ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), PDRs4ALL ERS Team
Le CH3+ est considéré comme particulièrement important parce qu’il réagit facilement avec un large éventail d’autres molécules. Par conséquent, il agit comme une « gare » où une molécule peut rester un certain temps avant de partir dans l’une des nombreuses directions différentes pour réagir avec d’autres molécules. En raison de cette propriété, les scientifiques pensent que le CH3+ constitue la pierre angulaire de la chimie organique interstellaire.
Les capacités uniques de Webb en ont fait l’observatoire idéal pour rechercher cette molécule cruciale. La résolution spatiale et spectrale exquise de Webb, ainsi que sa sensibilité, ont contribué au succès de l’équipe. En particulier, la détection par Webb d’une série de raies d’émission clés de CH3+ a cimenté la découverte.
« Cette détection valide non seulement l’incroyable sensibilité de Webb, mais confirme également l’importance centrale postulée de CH3+ dans la chimie interstellaire », a déclaré Marie-Aline Martin-Drumel de l’Université Paris-Saclay (France), membre de l’équipe scientifique.
Cette image prise par l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb montre une petite région de la nébuleuse d’Orion. Au centre de cette image se trouve un jeune système stellaire avec un disque protoplanétaire nommé d203-506. Une équipe internationale d’astronomes a détecté pour la première fois une nouvelle molécule de carbone connue sous le nom de cation méthyle dans d203-506. Crédit : ESA/Webb, NASA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), PDRs4ALL ERS Team
Bien que l’étoile d203-506 soit une petite naine rouge, le système est bombardé par une forte lumière ultraviolette (UV) provenant d’étoiles chaudes, jeunes et massives situées à proximité. Les scientifiques pensent que la plupart des disques de formation de planètes traversent une période de rayonnement UV aussi intense, car les étoiles ont tendance à se former en groupes comprenant souvent des étoiles massives produisant des UV.
En règle générale, le rayonnement UV est censé détruire les molécules organiques complexes, ce qui fait que la découverte de CH3+ peut sembler surprenante. Cependant, l’équipe prévoit que le rayonnement UV pourrait en fait fournir la source d’énergie nécessaire à la formation de CH3+. Une fois formé, il favorise alors d’autres réactions chimiques pour construire des molécules de carbone plus complexes.
D’une manière générale, l’équipe note que les molécules observées dans d203-506 sont très différentes des disques protoplanétaires typiques. En particulier, ils n’ont pu détecter aucun signe d’eau.
« Cela montre clairement que le rayonnement ultraviolet peut complètement modifier la chimie d’un disque protoplanétaire. Il pourrait en fait jouer un rôle essentiel dans les premières étapes chimiques des origines de la vie », a déclaré Olivier Berné, du Centre national de la recherche scientifique de Toulouse, principal auteur de l’étude.
Ces résultats, issus du programme scientifique PDRs4ALL Early Release, ont été publiés dans la revue Nature.
Référence : « Formation of the Methyl Cation by Photochemistry in a Protoplanetary Disk » par Olivier Berné, Marie-Aline Martin-Drumel, Ilane Schroetter, Javier R. Goicoechea, Ugo Jacovella, Brenger Gans, Emmanuel Dartois, Laurent Coudert, Edwin Bergin, Felipe Alarcon, Jan Cami, Evelyne Roueff, John H. Black, Oskar Asvany, Emilie Habart, Els Peeters, Amelie Canin, Boris Trahin, Christine Joblin, Stephan Schlemmer, Sven Thorwirth, Jose Cernicharo, Maryvonne Gerin, Alexander Tielens, Marion Zannese, Alain Abergel, Jeronimo Bernard-Salas, Christiaan Boersma, Emeric Bron, Ryan Chown, Sara Cuadrado, Daniel Dicken, Meriem Elyajouri, Asunción Fuente, Karl D. Gordon, Lina Issa, Olga Kannavou, Baria Khan, Ozan Lacinbala, David Languignon, Romane Le Gal, Alexandros Maragkoudakis, Raphael Meshaka, Yoko Okada, Takashi Onaka, Sofia Pasquini, Marc W. Pound, Massimo Robberto, Markus Röllig, Bethany Schefter, Thiébaut Schirmer, Ameek Sidhu, Benoit Tabone, Dries Van De Putte, Sílvia Vicente et Mark G. Wolfire, 26 juin 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06307-x
Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regardera au-delà vers des mondes lointains autour d’autres étoiles, et sondera les structures mystérieuses et les origines de notre univers et de la place que nous y occupons. Webb est un programme international dirigé par la NASA et ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’ASC (Agence spatiale canadienne).