Illustration de la nébuleuse planétaire NGC 7027 et des molécules d'hydrure d'hélium. Dans cette nébuleuse planétaire, SOFIA a détecté de l'hydrure d'hélium, une combinaison d'hélium (rouge) et d'hydrogène (bleu), qui a été le premier type de molécule à se former dans l'univers primitif. C'est la première fois que de l'hydrure d'hélium est découvert dans l'univers moderne. Crédit :NASA/SOFIA/L. Proudfit/D.Rutter
Au début, il y a plus de 13 milliards d'années, l'Univers était une soupe indifférenciée de trois simples, éléments à un seul atome.
Les étoiles ne se formeraient pas avant 100 millions d'années.
Mais à moins de 100, 000 ans du Big Bang, la toute première molécule a émergé, un mariage improbable d'hélium et d'hydrogène connu sous le nom d'ion hydrure d'hélium, ou HeH + .
"C'était le début de la chimie, " a déclaré David Neufeld, professeur à l'Université John's Hopkins et co-auteur d'une étude publiée mercredi détaillant comment, après une recherche de plusieurs décennies, les scientifiques ont finalement détecté la molécule insaisissable dans l'espace.
"La formation de HeH + a été le premier pas sur un chemin de complexité croissante dans l'Univers, " un changement aussi important que celui de la vie unicellulaire à la vie multicellulaire sur Terre, a-t-il déclaré à l'AFP.
Les modèles théoriques avaient depuis longtemps convaincu les astrophysiciens que HeH + est venu en premier, suivi - dans un ordre précis - d'un défilé d'autres molécules de plus en plus complexes et lourdes.
Il h + avait également été étudiée en laboratoire, dès 1925.
Mais détecté HeH + dans son habitat naturel était resté hors de leur portée.
"L'absence de preuves définitives de son existence même dans l'espace interstellaire a longtemps été un dilemme pour l'astronomie, " a déclaré l'auteur principal Rolf Gusten, scientifique à l'Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn.
Spectre de HeH+ tel qu'observé avec GREAT à bord de SOFIA vers la nébuleuse planétaire NGC 7027. Dans l'image sous-jacente de la caméra Hubble/NICMOS, la zone de transition nette entre la région HII ionisée (blanc-jaune) et l'enveloppe froide (couleur rouge) est bien visible. C'est dans ce front d'ionisation que se forme HeH+ (marqué par le concept d'artiste de la structure moléculaire). La zone du ciel couverte par l'instrument GREAT avec une taille de 14,3 secondes d'arc comprend la plupart des émissions de la nébuleuse. La largeur de la raie spectrale du profil HeH+ est déterminée par le mouvement de l'enveloppe en expansion. Crédits :Composition :conception NIESYTO; Image NGC 7027 :William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) et NASA/ESA; Spectre :Rolf Güsten/MPIfR ( La nature , 18 avril 2019)
Les chercheurs savaient où chercher.
Déjà dans les années 1970, modèles ont suggéré que HeH + devrait exister en quantités importantes dans les gaz incandescents éjectés par les étoiles mourantes semblables au Soleil, qui a créé des conditions similaires à celles trouvées dans l'Univers primitif.
Une molécule fragile
Le problème était que les ondes électromagnétiques émises par la molécule étaient dans une plage - l'infrarouge lointain - annulée par l'atmosphère terrestre, et donc indétectable du sol.
Ainsi la NASA et le Centre aérospatial allemand ont uni leurs forces pour créer un observatoire aéroporté avec trois composants principaux :un télescope massif de 2,7 mètres, un spectromètre infrarouge, et un Boeing 747 - avec un carré en forme de fenêtre coupé de son fuselage - assez grand pour les transporter.
Depuis une altitude de croisière de près de 14, 000 mètres (45, 000 pieds), l'Observatoire stratosphérique d'astronomie infrarouge, ou SOFIA, évité 85 pour cent du « bruit » atmosphérique des télescopes au sol.
Les données d'une série de trois vols en mai 2016 contenaient les preuves moléculaires que les scientifiques cherchaient depuis longtemps, entrelacés dans la nébuleuse planétaire NGC 7027 quelque 3, à 000 années-lumière.
"La découverte de HeH + est une démonstration spectaculaire et magnifique de la tendance de la nature à former des molécules, " a déclaré Neufeld.
Dans ce cas, il l'a fait malgré des circonstances peu propices.
Même si les températures dans le jeune Univers ont chuté rapidement après le Big Bang, ils étaient encore aux alentours de 4, 000 degrés Celsius, un environnement hostile pour la liaison moléculaire.
De plus, l'hélium - un gaz "noble" - "a une très faible propension à former des molécules, " expliqua Neufeld.
Son union avec l'hydrogène ionisé était fragile, et n'a pas persisté très longtemps, remplacées par des liaisons moléculaires de plus en plus robustes et complexes.
Des éléments plus lourds comme le carbone, l'oxygène et l'azote - et les nombreuses molécules qu'ils ont engendrées - ont été formés plus tard encore par les réactions nucléaires qui alimentent les étoiles.
© 2019 AFP
