Nuages de poussière et de gaz interstellaires, ici dans la région "Cygnus-X" dans la constellation du Cygne. Crédit :ESA/PACS/SPIRE/Martin Hennemann &Frédérique Motte, Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/Irfu - CNRS/INSU - Univ. Paris Diderot, La France.
La matière entre les étoiles d'une galaxie—appelée le milieu interstellaire—est constituée non seulement de gaz, mais aussi beaucoup de poussière. A un moment donné, les étoiles et les planètes sont originaires d'un tel environnement, parce que les particules de poussière peuvent s'agglutiner et se fondre dans les corps célestes. Des processus chimiques importants ont également lieu sur ces particules, d'où émergent des molécules organiques complexes, voire prébiotiques.
Cependant, pour que ces processus soient possibles, il doit y avoir de l'eau. Dans des environnements cosmiques particulièrement froids, l'eau se présente sous forme de glace. Jusqu'à maintenant, cependant, le lien entre la glace et la poussière dans ces régions de l'espace n'était pas clair. Une équipe de recherche de l'Université Friedrich Schiller d'Iéna et de l'Institut Max Planck d'astronomie a maintenant prouvé que les particules de poussière et la glace sont mélangées. Ils rapportent leurs découvertes dans le numéro actuel de la revue de recherche Astronomie de la nature .
Mieux modéliser les processus physico-chimiques dans l'espace
"Jusqu'à maintenant, nous ne savions pas si la glace est physiquement séparée de la poussière ou mélangée à des fragments de poussière individuels, " explique le Dr Alexey Potapov de l'Université d'Iéna. " Nous avons comparé les spectres de silicates fabriqués en laboratoire, glace d'eau et leurs mélanges avec les spectres astronomiques des enveloppes protostellaires et des disques protoplanétaires. Nous avons établi que les spectres sont congrus si de la poussière de silicate et de la glace d'eau sont mélangées dans ces environnements."
Les astrophysiciens peuvent obtenir des informations précieuses à partir de ces données. "Nous devons comprendre différentes conditions physiques dans différents environnements astronomiques, afin d'améliorer la modélisation des processus physico-chimiques dans l'espace, " dit Potapov. Ce résultat permettrait aux chercheurs de mieux estimer la quantité de matière et de faire des déclarations plus précises sur les températures dans différentes régions des milieux interstellaire et circumstellaire.
Comparer les spectres d'absorption d'un échantillon de laboratoire (de silicates, glace d'eau et composés organiques) et le milieu interstellaire diffus de la région de formation de l'étoile Cygnus X (région encerclée sur l'image de droite). L'échantillon de laboratoire (ligne rouge) et la poussière interstellaire (points blancs) présentent des bandes (barres bleues) indiquant la présence d'eau à l'état solide. Crédit :Axel M. Quetz/Max-Planck-Institut für Astronomie
L'eau emprisonnée dans la poussière
Par des expériences et des comparaisons, des scientifiques de l'Université d'Iéna ont également observé ce qui se passe avec l'eau lorsque les températures augmentent et que la glace quitte le corps solide auquel elle est liée et passe en phase gazeuse à environ 180 Kelvin (-93 degrés Celsius).
"Certaines molécules d'eau sont si fortement liées au silicate qu'elles restent à la surface ou à l'intérieur des particules de poussière, " dit Potapov. "Nous soupçonnons qu'une telle « eau piégée » existe également sur ou dans les particules de poussière dans l'espace. C'est du moins ce que suggère la comparaison entre les spectres obtenus à partir des expériences de laboratoire et ceux dans ce qu'on appelle le milieu interstellaire diffus. Nous avons trouvé des indications claires que des molécules d'eau piégées y existent."
L'existence d'une telle eau à l'état solide suggère que des molécules complexes peuvent également être présentes sur les particules de poussière dans le milieu interstellaire diffus. Si de l'eau est présente sur de telles particules, ce n'est pas un très long chemin pour complexer des molécules organiques, par exemple. En effet, les particules de poussière sont généralement constituées de carbone, entre autres, lequel, en combinaison avec de l'eau et sous l'influence d'un rayonnement ultraviolet tel que celui trouvé dans l'environnement, favorise la formation de méthanol, par exemple. Des composés organiques ont déjà été observés dans ces régions du milieu interstellaire, mais jusqu'à présent, on ne savait pas d'où ils provenaient.
La présence d'eau à l'état solide peut également répondre à des questions sur un autre élément :bien que l'on connaisse la quantité d'oxygène dans le milieu interstellaire, nous n'avions auparavant aucune information sur l'emplacement exact d'environ un tiers de celui-ci. Les nouveaux résultats de la recherche suggèrent que l'eau à l'état solide dans les silicates est un réservoir caché d'oxygène.
L'eau à l'état solide aide-t-elle à la formation des planètes ?
En outre, « l'eau piégée » peut aider à comprendre comment la poussière s'accumule, car cela pourrait favoriser le collage de particules plus petites pour former des particules plus grosses. Cet effet peut même fonctionner dans la formation des planètes. « Si nous parvenons à prouver que « l'eau piégée » existait – ou pourrait exister – dans les éléments constitutifs de la Terre, il pourrait même y avoir de nouvelles réponses à la question de savoir comment l'eau est arrivée sur Terre, " dit Alexey Potapov. Mais pour l'instant, ce ne sont que des suppositions que les chercheurs d'Iéna veulent poursuivre à l'avenir.
