Comme les corps humains, les pépinières stellaires contiennent beaucoup de molécules organiques, composées principalement d’atomes de carbone et d’hydrogène. Les résultats du groupe, publiés le 6 février dans la revue Astronomie naturelle, révèlent comment certaines grosses molécules organiques peuvent se former à l’intérieur de ces nuages. C’est une petite étape dans le long voyage chimique que subissent les atomes de carbone – se formant dans le cœur des étoiles mourantes, puis faisant partie des planètes, des organismes vivants sur Terre et peut-être au-delà.

« Dans ces nuages ​​moléculaires froids, vous créez les premiers blocs de construction qui, à la fin, formeront des étoiles et des planètes », a déclaré Jordy Bouwman, chercheur associé au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) et professeur adjoint au Département de chimie de l’Université du Colorado à Boulder.

Pour la nouvelle étude, Bouwman et ses collègues ont plongé profondément dans une pépinière stellaire en particulier : le Taurus Molecular Cloud (TMC-1). Cette région se trouve dans la constellation du Taureau et se trouve à environ 440 années-lumière (plus de 2 quadrillions de milles) de la Terre. Cet environnement chimiquement complexe est un exemple de ce que les astronomes appellent un « noyau sans étoile en accrétion ». Son nuage a commencé à s’effondrer, mais les scientifiques n’ont pas encore détecté d’étoiles embryonnaires émergeant à l’intérieur.

Les découvertes de l’équipe reposent sur une molécule d’une simplicité trompeuse appelée ortho-benzyne. S’appuyant sur des expériences sur Terre et des simulations informatiques, les chercheurs ont montré que cette molécule peut facilement se combiner avec d’autres dans l’espace pour former un large éventail de molécules organiques plus grosses.

En d’autres termes, les petits blocs de construction deviennent de grands blocs de construction.

Et, a déclaré Bouwman, ces réactions pourraient être un signe que les pépinières stellaires sont beaucoup plus intéressantes que ce que les scientifiques leur attribuent.

« Nous n’en sommes qu’au début de la véritable compréhension de la façon dont nous passons de ces petits blocs de construction à des molécules plus grosses », a-t-il déclaré. « Je pense que nous découvrirons que cette chimie est tellement plus complexe que nous ne le pensions, même aux premiers stades de la formation des étoiles. »

Constat fatidique

Bouwman est un cosmochimiste, étudiant un domaine qui mélange la chimie et l’astronomie pour comprendre les réactions chimiques bouillonnantes qui se produisent au plus profond de l’espace.

En surface, dit-il, les nuages ​​moléculaires froids pourraient ne pas ressembler à un foyer d’activité chimique. Comme leur nom l’indique, ces soupes primordiales galactiques ont tendance à être glaciales, oscillant souvent autour de -263 degrés Celsius (environ -440 degrés Fahrenheit), à seulement 10 degrés au-dessus du zéro absolu. La plupart des réactions ont besoin d’au moins un peu de chaleur pour démarrer.

Mais froide ou pas, une chimie complexe semble se produire dans les pépinières stellaires. Le TMC-1, en particulier, contient des concentrations surprenantes de molécules organiques relativement grosses portant des noms tels que fulvenallène et 1- et 2-éthynylcyclopentadiène. Les chimistes les appellent « composés cycliques à cinq chaînons » car ils contiennent chacun un anneau d’atomes de carbone en forme de pentagone.

« Les chercheurs ont continué à détecter ces molécules dans TMC-1, mais leur origine n’était pas claire », a déclaré Bouwman.

Maintenant, lui et ses collègues pensent qu’ils ont une réponse.

En 2021, des chercheurs utilisant le radiotélescope Yebes de 40 mètres en Espagne ont découvert une molécule inattendue cachée dans les nuages ​​de gaz de TMC-1 : ortho-benzyne. Bouwman a expliqué que cette petite molécule, composée d’un anneau de six atomes de carbone avec quatre hydrogènes, est l’un des extravertis du monde de la chimie. Il interagit facilement avec un certain nombre d’autres molécules et ne nécessite pas beaucoup de chaleur pour le faire.

« Il n’y a pas d’obstacle à la réaction », a déclaré Bouwman. « Cela signifie qu’il a le potentiel de conduire une chimie complexe dans des environnements froids. »

Identification du coupable

Pour découvrir quel type de chimie complexe se produisait dans TMC-1, Bouwman et ses collègues – originaires des États-Unis, d’Allemagne, des Pays-Bas et de Suisse – se sont tournés vers une technique appelée « spectroscopie de coïncidence de photoélectrons photoioniques ». L’équipe a utilisé la lumière générée par une installation géante appelée source de lumière synchrotron pour identifier les produits des réactions chimiques. Ils ont vu ça ortho-les radicaux benzyne et méthyle, un autre constituant commun des nuages ​​moléculaires, se combinent facilement pour former des composés organiques plus gros et plus complexes.

« Nous savions que nous étions sur quelque chose de bien », a déclaré Bouwman.

L’équipe s’est ensuite appuyée sur des modèles informatiques pour explorer le rôle des ortho-benzyne dans une pépinière stellaire s’étendant sur plusieurs années-lumière au plus profond de l’espace. Les résultats étaient prometteurs : les modèles ont généré des nuages ​​de gaz contenant à peu près le même mélange de molécules organiques que les astronomes avaient observé dans TMC-1 à l’aide de télescopes.

Ortho– Le benzyne, en d’autres termes, semble être un candidat de choix pour piloter la chimie organique en phase gazeuse qui se produit dans ces pépinières stellaires, a déclaré Bouwman.

Il a ajouté que les scientifiques ont encore beaucoup de travail à faire pour comprendre pleinement toutes les réactions qui se produisent dans TMC-1. Il veut examiner, par exemple, comment les molécules organiques dans l’espace captent également les atomes d’azote, composants clés de l’ADN et des acides aminés des organismes vivants sur Terre.

« Nos découvertes pourraient simplement changer la vision des ingrédients dont nous disposons en premier lieu pour former de nouvelles étoiles et de nouvelles planètes », a déclaré Bouwman.

Les co-auteurs du nouvel article incluent des chercheurs de l’Université de Leiden aux Pays-Bas, du Benedictine College aux États-Unis, de l’Université de Würzburg en Allemagne et de l’Institut Paul Scherrer en Suisse.