Communiqué de presse

ALMA détecte un cocon stellaire à la chimie inhabituelle

Le premier de ce type à être découvert en dehors de la Voie Lactée

29 septembre 2016

Grâce à ALMA, une équipe d’astronomes japonais a découvert, autour d’une étoile récemment formée, un ensemble de molécules complexes de température et de densité élevées. Un tel cocon moléculaire n’avait encore jamais été détecté en dehors de la Voie Lactée. Sa composition moléculaire diffère notablement de celle d’objets similaires découverts au sein de notre propre galaxie – ce qui laisse à penser que la chimie de l’Univers pourrait être bien plus diversifiée qu’envisagé.

Une équipe de chercheurs japonais a utilisé toute la puissance du Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l’Atacama (ALMA) pour observer une étoile massive référencée ST11 [1] au sein d’une galaxie voisine, le Grand Nuage de Magellan (LMC). ALMA a détecté un rayonnement en provenance de divers gaz moléculaires. En d’autres termes, l’équipe a découvert, autour de la toute jeune étoile ST11, une région composée d’un gaz moléculaire particulièrement chaud et dense. Ce type d’objet, baptisé noyau moléculaire chaud [2], n’avait encore jamais été détecté en dehors de la Voie Lactée.

Takashi Shimonishi, astronome à l’Université de Tohoku au Japon et auteur principal de cette étude, s’enthousiasme : “Il s’agit là de la toute première détection d’un noyau moléculaire chaud extragalactique, ce qui atteste du formidable potentiel de cette nouvelle génération de télescopes pour étudier les phénomènes astrochimiques au-delà de la Voie Lactée”.

Les observations d’ALMA ont montré que ce noyau nouvellement découvert au sein du LMC arbore une composition chimique nettement distincte de celle des objets de même type découverts dans la Voie Lactée. Parmi les signatures chimiques les plus importantes détectées au sein du noyau du LMC figurent celles de molécules connues tels le dioxyde de soufre, le monoxyde d’azote et le formaldéhyde – aux côtés de la poussière, omniprésente. Le noyau moléculaire chaud nouvellement découvert renferme par ailleurs divers composés organiques, tel le méthanol (la molécule d’alcool la plus simple) en quantités étonnamment faibles. Au contraire, les noyaux détectés au sein de la Voie Lactée renferment une grande variété de molécules organiques complexes, au premier rang desquels figurent le méthanol et l’éthanol.

Takashi Shimonishi explique : “Les observations suggèrent que la matière à partir de laquelle se forment étoiles et planètes présente des compositions moléculaires bien plus diversifiées qu’envisagé.”

Le LMC est caractérisé par une faible abondance en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium [3]. Les membres de l’équipe suggèrent que cet environnement galactique fort différent n’est pas sans conséquence sur la chimie moléculaire qui s’est installée autour de la jeune étoile ST11. Ainsi s’expliqueraient les différences de compositions chimiques observées.

A ce jour, nous ne pouvons affirmer que les grandes molécules complexes détectées au sein de la Voie Lactée composent les noyaux moléculaires chauds d’autres galaxies. Parce que certaines d’entre elles sont impliquées dans la chimie prébiotique de l’espace, les molécules organiques complexes présentent un intérêt tout particulier. L’étude de cet objet nouvellement découvert chez l’une de nos voisines galactiques les plus proches pourrait aider les astronomes à aborder cette question, qui en appelle une autre : quel impact la diversité chimique des galaxies a-t-elle sur le développement de la vie extragalactique ?

Notes

[1] ST11 est également cataloguée sous la référence 2MASS J05264658-6848469. Cette jeune étoile massive constitue un Jeune Objet Stellaire. Bien qu’elle nous apparaisse aujourd’hui sous l’aspect d’une unique étoile, il se pourrait qu’elle se révèle être en réalité un amas d’étoiles proches ou un système d’étoiles multiples. Elle fit l’objet d’observations de la part de l’équipe scientifique et leurs résultats les a amenés à conclure que ST11 est entourée d’un noyau moléculaire chaud.

[2] Par définition, les noyaux moléculaires chauds sont (relativement) petits – leur diamètre est inférieur à 0,3 année-lumière, caractérisés par une densité supérieure à cent milliards (10¹²) de molécules par mètre cube – ce qui est nettement inférieur à la densité de l’atmosphère terrestre, mais élevé pour un milieu interstellaire, une température élevée – au moins supérieure à -173 degrés Celsius, soit 80 degrés Celsius de plus qu’un nuage moléculaire standard de semblable densité. Ces noyaux chauds se forment au tout début de la phase évolutive des étoiles massives et jouent un rôle essentiel dans la création d’espèces chimiques complexes au sein de l’Univers.

[3] Les réactions de fusion nucléaire qui se mettent en place lorsqu’une étoile a cessé de fusionner l’hydrogène en hélium, donnent lieu à des éléments plus lourds. Ces éléments lourds sont disséminés dans l’espace lorsqu’en fin de vie, les étoiles massives explosent en supernovae. Ainsi donc, à mesure que notre Univers a vieilli, l’abondance en éléments lourds s’est accrue. Cette faible abondance en éléments lourds qu’arbore le LMC offre un aperçu des processus chimiques caractéristiques de l’Univers plus jeune.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l’objet d’un article intitulé The Detection of a Hot Molecular Core in the Large Magellanic Cloud with ALMA, paru le 9 août 2016 au sein de l’Astrophysical Journal.

L’équipe est composée de Takashi Shimonishi (Institut de Recherche en Sciences Interdisciplinaires & Institut Astronomique, Université de Tohoku, Japon), Takashi Onaka (Département d’Astronomie, Université de Tokyo, Japon), Akiko Kawamura (Observatoire Astronomique National du Japan, Japon) et Yuri Aikawa (Centre des Sciences du Calcul, Université de Tsukuba, Japon).

Le Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d'un partenariat entre l'ESO, la U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec le Chili. ALMA est financé par l'Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ces Etats membres, la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) in Taiwan et le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA.

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Liens

• L’article scientifique
• Photos d’ALMA

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1634.