Une équipe de recherche internationale, dirigée par l’Université de Berne, a utilisé la modélisation informatique et les observations pour expliquer comment les macromolécules peuvent se former en peu de temps dans les disques de gaz et de poussière autour des jeunes étoiles. Ces résultats pourraient être décisifs pour comprendre comment les conditions propices à la vie peuvent se former autour de différents types d’exoplanètes et d’étoiles.
Les macromolécules organiques sont considérées comme des éléments constitutifs de la vie, car elles jouent un rôle essentiel dans la composition en carbone et en azote de la Terre, qui est favorable à la vie. Les planétologues pensent depuis longtemps que ces macromolécules organiques sur Terre proviennent de ce que l’on appelle des chondrites. Les chondrites sont des éléments rocheux à partir desquels la Terre s’est notamment formée il y a environ 4,6 milliards d’années et que nous connaissons aujourd’hui sous forme de météorites. Les chondrites se forment dans les premières phases par l’accumulation de poussière et de petites particules dans le disque protoplanétaire qui se forme autour d’une jeune étoile. Jusqu’à présent, on ne savait toutefois pas comment les macromolécules se formaient dans ces accumulations. Des chercheurs dirigés par Niels Ligterink présentent désormais une explication dans une étude qui vient d’être publiée dans Nature Astronomy . Ligterink, premier auteur de l’étude, a travaillé jusqu’à fin juin 2024 dans le département de recherche spatiale et de planétologie à l’Institut de physique de l’Université de Berne et est maintenant professeur assistant à l’Université technique de Delft.
Pièges à poussière et rayonnement : des éléments clés
La matière macromoléculaire en tant que telle est responsable de la composition en carbone et en azote de la Terre et lui donne les conditions nécessaires à la vie", explique Ligterink. Mais jusqu’à présent, il n’était pas possible de savoir où cette matière macromoléculaire se formait dans l’espace.
Pour l’étude actuelle, l’équipe de recherche réunie par Ligterink a combiné dans son modèle deux phénomènes déjà connus. Le premier est le phénomène selon lequel il existe des régions où la poussière et la glace s’accumulent dans le disque de poussière en orbite autour d’une jeune étoile. Dans un tel piège à poussière ou à glace dans un disque planétaire, la poussière glacée ne reste pas immobile, mais se déplace de haut en bas et des mécanismes importants pour la formation de ce que l’on appelle les planétésimaux, des précurseurs et des éléments constitutifs des planètes, se déroulent.
Le deuxième phénomène est la forte irradiation de mélanges de glace simples, par exemple par la lumière des étoiles. Des études en laboratoire ont montré que l’irradiation peut former des molécules très complexes de plusieurs centaines d’atomes. Ces molécules contiennent généralement des atomes de carbone et peuvent être comparées à la suie noire et au graphène.
Les chercheurs sont partis du principe que s’il existait des pièges à poussière exposés à une intense lumière stellaire, des macromolécules organiques pourraient s’y former. Pour tester leur hypothèse, ils ont créé un modèle qui leur a permis de calculer différentes conditions.
Formation étonnamment rapide de macromolécules
Le modèle a montré que, dans les bonnes conditions, des macromolécules peuvent effectivement se former en quelques dizaines d’années seulement dans les pièges à poussière. ’Nous nous attendions à ce résultat, mais c’était une belle surprise de le voir si évident’, déclare Ligterink. ’J’espère qu’à l’avenir, la recherche accordera plus d’attention à l’effet des rayonnements intenses sur les processus chimiques complexes. Jusqu’à présent, la plupart des chercheurs se sont en effet concentrés sur des molécules organiques relativement petites, de quelques dizaines d’atomes. Or, les chondrites, des éléments de construction rocheux pour les planètes, contiennent généralement de grandes macromolécules’, poursuit Ligterink.
C’est vraiment génial de pouvoir utiliser un modèle basé sur l’observation pour expliquer comment de grosses molécules peuvent se former", déclare Nienke van der Marel, co-auteur de l’étude, de l’Université de Leiden aux Pays-Bas. Il y a onze ans, elle et ses collègues ont été les premiers à démontrer de manière convaincante l’existence des pièges à poussière. Depuis, elle n’a jamais cessé de s’intéresser à ce sujet. Notre recherche est une combinaison unique d’astrochimie, d’observations avec l’observatoire radiotélescopique ALMA, de travail en laboratoire, de production de poussière et d’étude de météorites de notre système solaire’.
A l’avenir, les chercheurs veulent étudier comment différents types de pièges à poussière réagissent différemment au rayonnement et aux courants de poussière en mouvement. Cela nous aidera à en savoir plus sur la probabilité de vie autour de différents types d’exoplanètes et d’étoiles", conclut Ligterink.
