Les récentes observations de molécules de glace par le télescope spatial James Webb aideront les scientifiques à comprendre comment se forment les planètes habitables.
À l'aide du télescope spatial James Webb (JWST), les astronomes ont observé et mesuré la glace la plus froide de tous les temps dans les parties les plus profondes d'un nuage moléculaire interstellaire. Selon de nouvelles recherches publiées dans la revue Nature Astronomy, les molécules congelées ont une température de moins 263 degrés Celsius.
Les nuages moléculaires, composés de molécules congelées, de gaz et de particules de poussière, sont le lieu de naissance des étoiles et des planètes, y compris des planètes habitables comme la nôtre. Dans cette dernière étude, l'équipe de scientifiques a utilisé la caméra infrarouge de JWST pour étudier un nuage moléculaire appelé Chameleon I, à environ 500 années-lumière de la Terre.
Dans le nuage sombre et froid, l'équipe a identifié des molécules congelées telles que le soufre carbonyle, l'ammoniac, le méthane, le méthanol, etc. Selon les chercheurs, ces molécules feront un jour partie du noyau chaud d'une étoile en croissance et éventuellement de futures exoplanètes. Ils contiennent également les éléments constitutifs des mondes habitables : carbone, oxygène, hydrogène, azote et soufre - un cocktail moléculaire connu sous le nom de COHNS.
"Les résultats nous donnent un aperçu du stade chimique initial et sombre de la formation de glace sur les grains de poussière interstellaire qui deviendront les cailloux centimétriques à partir desquels les planètes sont formées", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Melissa McClure, astronome, dans un communiqué. . à l'observatoire de Leiden, aux Pays-Bas.
Une pépinière poussiéreuse
Les étoiles et les planètes se forment dans des nuages moléculaires comme Chameleon I. Au cours de millions d'années, le gaz, la glace et la poussière se forment en structures plus massives. Certaines de ces structures s'échauffent et forment les noyaux de jeunes étoiles. Au fur et à mesure que les étoiles grandissent, elles absorbent de plus en plus de matière et deviennent plus chaudes. Une fois l'étoile formée, les restes de gaz et de poussière qui l'entourent forment un disque. Cette matière recommence à entrer en collision, s'agglutinant et formant finalement des corps plus grands. Un jour, ces amas deviendront peut-être des planètes. Même habitables comme les nôtres.
"Ces observations ouvrent une nouvelle fenêtre sur les voies de formation de molécules simples et complexes qui sont nécessaires pour créer les éléments constitutifs de la vie", a déclaré McClure dans un communiqué.
Inventaire des molécules de glace trouvées au plus profond du nuage moléculaire Chameleon I
Un inventaire des molécules de glace trouvées profondément dans le nuage moléculaire Chameleon I. Les graphiques montrent les données spectrales de trois des instruments du télescope spatial James Webb. En plus des glaces simples telles que l'eau, l'équipe scientifique a pu identifier les formes congelées d'un large éventail de molécules, du dioxyde de carbone, de l'ammoniac et du méthane à la molécule organique complexe la plus simple, le méthanol.
En plus des molécules identifiées, l'équipe a trouvé des preuves de molécules plus complexes que le méthanol (énumérées dans le panneau inférieur). Bien qu'ils n'aient pas définitivement identifié ces signaux à des molécules spécifiques, cela prouve pour la première fois que des molécules complexes se forment dans les profondeurs glacées des nuages moléculaires avant la naissance des étoiles.
Les trois panneaux du haut montrent la luminosité de l'étoile d'arrière-plan en fonction de la longueur d'onde. La luminosité plus faible indique une absorption par la glace et d'autres matériaux dans le nuage moléculaire. Le panneau inférieur montre la profondeur optique, qui est essentiellement une mesure logarithmique de la quantité de lumière de l'étoile d'arrière-plan absorbée par les glaces des nuages. Il est utilisé pour souligner les caractéristiques spectrales les plus faibles des variétés de glace les moins courantes. [Crédit : NASA, ESA, CSA et J. Olmsted (STScI), K. Pontoppidan (STScI), N. Crouzet (Université de Leiden) et Z. Smith (Open University)]
JWST enverra ses premières images en juillet 2022, et les scientifiques utilisent actuellement les instruments du télescope de 10 milliards de dollars pour démontrer quels types de mesures sont possibles. Pour identifier les molécules de Chameleon I, les chercheurs ont utilisé la lumière des étoiles au-delà du nuage moléculaire. Lorsque la lumière est dirigée vers nous, elle est typiquement absorbée par la poussière et les molécules du nuage. Ces schémas d'absorption peuvent être comparés à des schémas connus établis dans des conditions de laboratoire.
L'équipe a également trouvé des molécules plus complexes qu'elle n'a pas pu identifier spécifiquement. Mais la découverte prouve que des molécules complexes se forment dans les nuages moléculaires avant d'être absorbées par les étoiles en croissance.
"L'identification de molécules organiques complexes, telles que le méthanol et potentiellement l'éthanol, suggère également que de nombreux systèmes stellaires et planétaires se développant dans ce nuage particulier hériteront de molécules dans un état chimique assez avancé", a noté le co-auteur de l'étude Will Rocha dans le communiqué. astronome à l'observatoire de Leiden.
Alors que l'équipe a trouvé COHNS dans la soupe moléculaire froide, elle n'a pas trouvé une concentration de molécules aussi élevée que ce à quoi on pourrait s'attendre dans un nuage dense comme Chameleon I. Comment un monde habitable comme le nôtre a obtenu le COHNS glacé est toujours une question majeure parmi astronomes. Une théorie est que les COHNS ont été livrés sur Terre par des collisions avec des comètes et des astéroïdes glacés.
"Ce n'est que la première d'une série d'images spectrales que nous obtiendrons pour voir comment les particules de glace évoluent de leur synthèse initiale aux régions de formation de comètes des disques protoplanétaires", a déclaré McClure. "Cela nous dira quel mélange de particules glacées - et donc quels éléments - peuvent éventuellement être livrés à la surface des exoplanètes terrestres ou incorporés dans les atmosphères des planètes géantes de gaz ou de glace."
Référence : McClure, MK, Rocha, WRM, Pontoppidan, KM et al. Un inventaire JWST de la période glaciaire des glaces de nuages moléculaires denses. Nat Astron (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-022-01875-w
Source: Le télescope James Webb a détecté la glace la plus froide de l'univers connu - et elle contient les éléments constitutifs de la vie, Live Science
Photo : Sur cette image du télescope spatial James Webb, un nuage bleuté de gaz moléculaire scintille à la lumière d'étoiles lointaines Crédit : NASA, ESA, CSA et M. Zamani (ESA/Webb)
