Un groupe international de chercheurs dirigé par Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Allemagne) rapporte la première identification d'iso-propanol dans l'espace interstellaire, une substance utilisée comme désinfectant sur Terre. L'isopropanol est le plus gros alcool détecté à ce jour, démontrant la complexité croissante des membres de l'une des classes de molécules les plus abondantes que l'on puisse trouver dans l'espace. L'identification a été rendue possible grâce aux observations de la région de formation d'étoiles Sagittaire B2 (Sgr B2) proche du centre de notre galaxie où de nombreuses molécules ont déjà été détectées. Il fait l'objet d'une étude approfondie de sa composition chimique avec le télescope ALMA au Chili.

La recherche de molécules dans l'espace dure depuis plus de 50 ans. A ce jour, les astronomes ont identifié 276 molécules dans le milieu interstellaire. La base de données de Cologne pour la spectroscopie moléculaire (CDMS) fournit des données spectroscopiques pour détecter ces molécules, fournies par de nombreux groupes de recherche, et a joué un rôle déterminant dans leur détection dans de nombreux cas.

L'objectif du présent travail est de comprendre comment se forment les molécules organiques dans le milieu interstellaire, en particulier dans les régions où naissent de nouvelles étoiles, et à quel point ces molécules peuvent être complexes. La motivation sous-jacente est d'établir des liens avec la composition chimique des corps du système solaire tels que les comètes, comme par exemple la mission Rosetta sur la comète Churyumov-Gerasimenko il y a quelques années.

Une région de formation d'étoiles exceptionnelle dans notre galaxie où de nombreuses molécules ont été détectées dans le passé est le Sagittaire B2 (Sgr B2), qui est situé à proximité de la célèbre source Sgr A*, le trou noir supermassif au centre de notre galaxie.

"Notre groupe a commencé à étudier la composition chimique de Sgr B2 il y a plus de 15 ans avec le télescope IRAM de 30 m", explique Arnaud Belloche de l'Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR) à Bonn/Allemagne, l'auteur principal de la papier de détection. "Ces observations ont été couronnées de succès et ont notamment conduit à la première détection interstellaire de plusieurs molécules organiques, parmi de nombreux autres résultats."

Avec l'avènement de l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) il y a dix ans, il est devenu possible d'aller au-delà de ce qui pouvait être réalisé vers Sgr B2 avec un télescope à parabole unique et une étude à long terme de la composition chimique de Sgr B2 a été lancé en tirant parti de la haute résolution angulaire et de la sensibilité fournies par ALMA.

Jusqu'à présent, les observations d'ALMA ont conduit à l'identification de trois nouvelles molécules organiques (cyanure d'isopropyle, N-méthylformamide, urée) depuis 2014. Le dernier résultat de ce projet ALMA est maintenant la détection du propanol (C₃ H₇ OH).

Le propanol est un alcool et est maintenant le plus grand de cette classe de molécules qui a été détecté dans l'espace interstellaire. Cette molécule existe sous deux formes ("isomères"), selon l'atome de carbone auquel la fonction hydroxyle (OH) est attachée :1) le normal-propanol, avec OH lié à un atome de carbone terminal de la chaîne, et 2) iso -propanol, avec OH lié à l'atome de carbone central de la chaîne. L'isopropanol est également bien connu comme l'ingrédient clé des désinfectants pour les mains sur Terre. Les deux isomères du propanol dans Sgr B2 ont été identifiés dans l'ensemble de données ALMA. C'est la première fois que l'iso-propanol est détecté dans le milieu interstellaire, et la première fois que le normal-propanol est détecté dans une région de formation d'étoiles. La première détection interstellaire de normal-propanol a été obtenue peu de temps avant la détection ALMA par une équipe de recherche espagnole avec des radiotélescopes à parabole unique dans un nuage moléculaire non loin de Sgr B2. La détection de l'isopropanol vers Sgr B2 n'était cependant possible qu'avec ALMA.

"La détection des deux isomères du propanol est particulièrement puissante pour déterminer le mécanisme de formation de chacun. Parce qu'ils se ressemblent tellement, ils se comportent physiquement de manière très similaire, ce qui signifie que les deux molécules doivent être présentes aux mêmes endroits au même moment. fois », déclare Rob Garrod de l'Université de Virginie (Charlottesville/États-Unis). "La seule question ouverte est les quantités exactes qui sont présentes - cela rend leur rapport interstellaire beaucoup plus précis que ce ne serait le cas pour d'autres paires de molécules. Cela signifie également que le réseau chimique peut être réglé beaucoup plus soigneusement pour déterminer les mécanismes par qu'ils forment."

Le réseau de télescopes ALMA était essentiel pour la détection des deux isomères du propanol vers Sgr B2, grâce à sa haute sensibilité, sa haute résolution angulaire et sa large couverture en fréquence. Une difficulté dans l'identification des molécules organiques dans les spectres des régions de formation d'étoiles est la confusion spectrale. Chaque molécule émet un rayonnement à des fréquences spécifiques, son "empreinte digitale" spectrale, qui est connue à partir de mesures en laboratoire.

"Plus la molécule est grosse, plus elle produit de raies spectrales à différentes fréquences. Dans une source comme Sgr B2, il y a tellement de molécules contribuant au rayonnement observé que leurs spectres se chevauchent et il est difficile de démêler leurs empreintes digitales et de les identifier individuellement, " déclare Holger Müller de l'Université de Cologne, où des travaux de laboratoire, en particulier sur le propanol normal, ont été effectués.

Grâce à la haute résolution angulaire d'ALMA, il a été possible d'isoler des parties de Sgr B2 qui émettent des raies spectrales très étroites, cinq fois plus étroites que les raies détectées à plus grande échelle avec le radiotélescope IRAM de 30 m. L'étroitesse de ces raies réduit la confusion spectrale, ce qui était essentiel pour l'identification des deux isomères du propanol dans Sgr B2. La sensibilité d'ALMA a également joué un rôle clé :il n'aurait pas été possible d'identifier le propanol dans les données collectées si la sensibilité avait été deux fois moins bonne.

Cette recherche est un effort de longue date pour sonder la composition chimique des sites de Sgr B2 où de nouvelles étoiles se forment, et ainsi comprendre les processus chimiques à l'œuvre au cours de la formation des étoiles. L'objectif est de déterminer la composition chimique des sites de formation d'étoiles, et éventuellement d'identifier de nouvelles molécules interstellaires. "Le propanol est depuis longtemps sur notre liste de molécules à rechercher, mais ce n'est que grâce aux travaux récents réalisés dans notre laboratoire pour caractériser son spectre rotationnel que nous avons pu identifier ses deux isomères de manière robuste", explique Oliver Zingsheim, également de l'Université de Cologne.

La détection de molécules étroitement apparentées qui diffèrent légèrement dans leur structure (telles que le normal et l'isopropanol ou, comme cela se faisait dans le passé :le normal et le cyanure d'isopropyle) et la mesure de leur rapport d'abondance permettent aux chercheurs de sonder des parties spécifiques du réseau de réaction chimique qui conduit à leur production dans le milieu interstellaire.

"Il existe encore de nombreuses raies spectrales non identifiées dans le spectre ALMA de Sgr B2, ce qui signifie qu'il reste encore beaucoup de travail à faire pour déchiffrer sa composition chimique. Dans un avenir proche, l'expansion de l'instrumentation ALMA jusqu'à des fréquences plus basses nous aidera probablement. pour réduire encore plus la confusion spectrale et éventuellement permettre l'identification de molécules organiques supplémentaires dans cette source spectaculaire », conclut Karl Menten, directeur au MPIfR et responsable de son département de recherche en astronomie millimétrique et submillimétrique.

L'étude de raies spectrales d'imagerie ReMoCA réalisée avec ALMA à haute résolution angulaire et les résultats d'une étude spectroscopique récente du propanol ont été utilisés pour rechercher les isomères iso et normaux de la molécule de propanol dans le noyau moléculaire chaud Sgr B2 (N2) dans le voisinage du centre galactique. Les spectres interférométriques ont été analysés sous l'hypothèse d'un équilibre thermodynamique local. Le réseau réactionnel du modèle astrochimique MAGICKAL a été élargi afin d'explorer les voies de formation du propanol et de replacer les résultats d'observation dans un contexte astrochimique plus large.

Les études associées ont été publiées dans Astronomy &Astrophysics . + Explorer plus loin

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