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Les molécules organiques complexes qui pourraient servir de blocs de construction à la vie sont plus omniprésentes qu'on ne le pensait auparavant dans les nuages ​​froids de gaz et de poussière qui donnent naissance aux étoiles et aux planètes, selon les astronomes de l'observatoire Steward de l'Université d'Arizona.

Ces molécules apparaissent également beaucoup plus tôt que ne le suggèrent les idées reçues, des centaines de milliers d'années avant que les étoiles ne commencent réellement à se former, les chercheurs ont trouvé. Publié dans Le Journal d'Astrophysique , les résultats remettent en question les théories existantes qui nécessitent un environnement chauffé par des proto-étoiles - des étoiles en devenir - pour que des molécules organiques complexes deviennent observables.

L'étude est la première à rechercher les signatures de deux molécules organiques complexes, méthanol et acétaldéhyde, dans un nombre substantiel de sites potentiels de formation d'étoiles, contrairement aux observations précédentes, qui s'était principalement concentré sur des objets individuels. Les noyaux pré-stellaires ou sans étoiles sont ainsi nommés car bien qu'ils ne contiennent pas encore d'étoiles, ils marquent des régions dans l'espace où la poussière froide et les gaz fusionnent en graines qui donneront naissance à des étoiles et peut-être à des planètes.

Les chercheurs ont utilisé le télescope parabolique de 12 mètres de l'Arizona Radio Observatory sur Kitt Peak, au sud-ouest de Tucson, pour regarder à travers le linceul de gaz et de poussière de 31 noyaux sans étoiles dispersés dans une région de formation d'étoiles connue sous le nom de nuage moléculaire Taurus, situé à environ 440 années-lumière de la Terre. Chaque noyau peut s'étendre sur une distance qui couvrirait jusqu'à 1, 000 systèmes solaires alignés les uns à côté des autres.

"Ces noyaux sans étoiles que nous avons examinés sont à plusieurs centaines de milliers d'années de la formation initiale d'une protoétoile ou de toute planète, " a déclaré Yancy Shirley, professeur agrégé d'astronomie, qui a co-écrit l'article avec l'auteur principal Samantha Scibelli, étudiante en troisième année de doctorat dans le groupe de recherche de Shirley. "Cela nous dit que la chimie organique de base nécessaire à la vie est présente dans le gaz brut avant la formation des étoiles et des planètes."

Alors que les scientifiques connaissent depuis longtemps l'existence dans l'espace de molécules prébiotiques - qui fournissent les éléments constitutifs nécessaires à la vie telle que nous la connaissons - il a été difficile de trouver des réponses concluantes sur l'endroit et la manière dont elles se forment et les mécanismes par lesquels elles se terminent. sur les surfaces de n'importe quelle planète potentielle.

« Les processus exacts en jeu font encore l'objet de débats, car les modèles théoriques ne correspondent toujours pas tout à fait à ce que nous voyons, " dit Scibelli. " Avec ce papier, nous pouvons mieux contraindre les mécanismes de formation qui pourraient avoir lieu en disant aux théoriciens à quel point ces molécules sont abondantes. »

Les noyaux pré-stellaires sont comme des fenêtres sur les premières étapes de l'évolution vers des systèmes stellaires avec des planètes et peut-être même des formes de vie, Scibelli a expliqué, estimant qu'avant cette étude, moins de 10 de ces objets avaient été étudiés pour des molécules organiques complexes. Des observations similaires se sont généralement concentrées sur une molécule, méthanol, alors que l'enquête décrite ici a spécifiquement suivi l'évolution du méthanol et de l'acétaldéhyde, un dérivé de l'alcool associé.

Pour cette enquête, l'équipe a recherché les signatures révélatrices des deux molécules au cours d'une campagne d'observation totalisant près de 500 heures d'observation.

Le méthanol s'est avéré être présent dans les 31 noyaux pré-stellaires, et 70 % d'entre eux contenaient de l'acétaldéhyde en plus du méthanol. Les auteurs de l'étude interprètent ces résultats comme la preuve que les molécules organiques complexes sont beaucoup plus répandues dans les régions de formation d'étoiles naissantes qu'on ne le pensait auparavant.

Ces découvertes remettent en question les théories traditionnelles sur la formation des molécules prébiotiques, car ils supposent un scénario dans lequel la chaleur des étoiles nouveau-nées fournit l'environnement nécessaire à la formation des molécules organiques. L'abondance de molécules organiques complexes dans des nuages ​​de gaz et de poussières extrêmement froids qui sont encore loin de telles conditions signifie que d'autres processus doivent être à l'œuvre.

« À l'intérieur de ces noyaux, que nous considérons comme des lieux de naissance, cocons et pépinières d'étoiles de faible masse semblables à notre soleil, les conditions sont telles qu'il est même difficile de créer ces molécules, " a déclaré Scibelli. " En faisant des sondages comme celui-ci, on comprend mieux comment naissent les précurseurs de la vie, comment ils migrent et pénètrent dans les systèmes solaires aux stades ultérieurs de la formation des étoiles."

Scibelli a déclaré que l'enquête n'aurait pas été possible sans l'observatoire radio de l'Arizona à Kitt Peak. Parce que leur contenu en poussière et en gaz protège les noyaux pré-stellaires de la vue à la lumière optique, les astronomes doivent revenir à des longueurs d'onde beaucoup plus longues. Par rapport à de nombreuses autres cibles astronomiques, les noyaux pré-stellaires sont des environnements très tranquilles et extrêmement froids, ils émettent donc des signaux très faibles.

"Parce que nous voulions observer cette grande taille d'échantillon de carottes et obtenir une image détaillée de la façon dont les deux molécules évoluent ensemble, nous avions besoin de regarder ces noyaux pendant longtemps, " Scibell dit, ajoutant qu'il serait presque impossible de faire ce type d'enquête avec n'importe quel autre radiotélescope parce que les plus grands observatoires ne sont pas en mesure d'allouer autant de temps pour un projet.

"Nous avons vraiment de la chance, car avec nos installations ici en Arizona, nous pouvons faire ça, " elle a dit.

Par rapport aux autres objets de l'univers, comme les galaxies, les noyaux pré-stellaires se forment sur des échelles de temps assez courtes, avec des durées de vie inférieures à un million d'années. Poussé par des processus tels que la turbulence et les forces gravitationnelles, le gaz et la poussière dans le nuage moléculaire s'effondrent pour former des filaments, et c'est à l'intérieur de ces filaments que se forment les noyaux les plus denses. Scibelli a déclaré que le Taurus Molecular Cloud est particulièrement intéressant car il donne un aperçu des différentes étapes de l'évolution entre les noyaux.

"Tous les noyaux ne peuvent pas former des étoiles ; il y a beaucoup d'incertitudes impliquées, " dit-elle. " Nous pensons que beaucoup de noyaux sont à leurs débuts, c'est pourquoi nous ne les voyons pas former des étoiles pour le moment."

Pour affiner davantage les modèles d'évolution des molécules prébiotiques dans les premiers stades, Le groupe de Shirley prévoit de se concentrer sur des noyaux sans étoiles individuels pour rassembler un inventaire plus complet de toutes les molécules organiques complexes présentes.

Des objets tels que le nuage de formation d'étoiles Taurus offrent des indices importants sur l'histoire de notre propre système solaire, dit Scibelli.

"Notre système solaire est né dans un nuage comme celui-ci, mais le nuage n'est plus là pour nous de voir, ", a-t-elle déclaré. "Regarder des objets dans l'espace, c'est un peu comme regarder un album photo avec des clichés pris de différentes personnes à différents stades de la vie, de leurs jours de bébé jusqu'à la vieillesse, et dans notre cas, les noyaux sans étoiles servent d'échographies stellaires."