En 2018, de très grosses molécules organiques ont été découvertes dans des particules de glace sur la lune Encelade de Saturne. On ne sait toujours pas s’ils indiquent l’existence de la vie ou s’ils ont été créés d’une autre manière. Une étude récente pourrait aider à répondre à cette question. Il est possible que les conditions qui soutiennent ou maintiennent la vie dans les océans extraterrestres laissent des traces moléculaires dans les grains de glace.
Les recherches à ce sujet ont été menées à la FU Berlin et le scientifique principal, le Dr Nozair Khawaja, a récemment déménagé à l'Université de Stuttgart. Les travaux sont publiés dans la revue Philosophical Transactions of the Royal Society A:Mathematical, Physical and Engineering Sciences .
Le berceau de la vie sur Terre se trouvait probablement dans un évent d’eau chaude au fond de l’océan. "Dans la recherche, on parle aussi de champ hydrothermal", explique le Dr Nozair Khawaja de l'Institut des systèmes spatiaux (IRS) de l'Université de Stuttgart. "Il existe des preuves convaincantes que les conditions qui prévalent dans ces domaines sont importantes pour l'émergence ou le maintien de formes de vie simples."
Il est possible que de tels évents existent également sur un corps céleste qui n'est pas très éloigné de notre planète d'origine selon les normes cosmiques :la lune de Saturne, Encelade. Cette lune mesure environ 500 kilomètres de diamètre et sa surface est recouverte d'une coquille de glace de 30 kilomètres d'épaisseur.
En 2005, des scientifiques ont découvert un énorme nuage de particules de glace au-dessus de son pôle Sud. Trois ans plus tard, la sonde spatiale Cassini de la NASA a survolé ce nuage. Les instruments de mesure de la sonde ont révélé quelque chose d'étonnant :la composition des particules suggère fortement la présence d'un océan d'eau liquide sous la croûte glacée d'Encelade.
Khawaja a travaillé avec le professeur planétologue Frank Postberg de la Freie Universität (FU) de Berlin pour analyser en détail les données de la mission Cassini. Ils expliquent :"En 2018 et 2019, nous avons rencontré diverses molécules organiques, dont certaines sont généralement des éléments constitutifs de composés biologiques."
Les données ont été enregistrées avec un instrument de mesure à basse résolution de Cassini. Néanmoins, cela pourrait indiquer que l’océan sur Encelade, la lune de Saturne, regorge de molécules organiques. "Et cela signifie qu'il est possible que des réactions chimiques s'y produisent et qu'elles pourraient éventuellement conduire à la vie."
Les chercheurs soupçonnent également la présence de champs hydrothermaux au fond de l'océan d'Encelade. Jusqu’à présent, il n’était pas clair si les molécules organiques découvertes s’étaient formées dans ces champs. Khawaja, avec ses collègues Lucia Hortal et Thomas Sullivan, a cherché un moyen de répondre à cette question.
"À cette fin, nous avons simulé les paramètres d'un éventuel champ hydrothermal sur Encelade dans le laboratoire de la FU Berlin", explique Khawaja, qui a récemment quitté la FU Berlin pour l'Université de Stuttgart. "Nous avons ensuite étudié les effets de ces conditions sur une simple chaîne d'acides aminés." Les acides aminés sont les éléments de base des protéines et la base de toute vie telle que nous la connaissons.
Dans l'appareil d'essai, des températures de 80 à 150 degrés Celsius et une pression de 80 à 100 bars régnaient, soit environ cent fois plus élevées qu'à la surface de la Terre. Dans ces conditions extrêmes, les chaînes d'acides aminés ont changé de manière caractéristique au fil du temps.
Mais est-il même possible de détecter ces changements avec les instruments de mesure des sondes spatiales ? En d’autres termes, laissent-ils derrière eux un marqueur indubitable que nous devrions pouvoir retrouver dans les données de Cassini (ou des futures missions spatiales) ?
L'instrument de mesure à bord de la sonde spatiale Cassini, le Cosmic Dust Analyser, analyse la poussière et les particules de glace d'Encelade dans l'espace qui se déplacent à des vitesses allant jusqu'à 20 kilomètres par seconde. Les collisions à grande vitesse entre ces particules provoquent la vaporisation du matériau et la destruction des molécules qu'il contient. Les fragments perdent des électrons et sont alors chargés positivement. Ils peuvent être attirés vers une électrode chargée négativement, et plus ils sont légers, plus vite ils l'atteignent.
Il est possible d'obtenir ce qu'on appelle un « spectre de masse » en mesurant le temps de transit de tous les fragments. Cela peut ensuite être utilisé pour tirer des conclusions sur la molécule d'origine.
Cependant, il est difficile d’appliquer cette méthode de mesure en laboratoire. "Au lieu de cela, nous avons utilisé pour la première fois une méthode de mesure alternative appelée LILBID sur des particules de glace contenant des matériaux altérés hydrothermalement", explique Khawaja.
"Cela fournit des spectres de masse très similaires à ceux de l'instrument Cassini. Nous l'avons utilisé pour mesurer une chaîne d'acides aminés avant et après l'expérience. Au cours du processus, nous avons découvert des signaux caractéristiques provoqués par les réactions dans notre champ hydrothermal simulé." Les chercheurs vont maintenant répéter cette expérience avec d'autres molécules organiques dans des conditions géophysiques étendues dans l'océan Encelade.
Leurs résultats permettent de rechercher de tels marqueurs dans les données Cassini (ou celles des futures missions). S'il était découvert, cela constituerait une preuve supplémentaire de l'existence d'un champ hydrothermal sur Encelade. Cela augmente également la probabilité que la vie puisse se développer et survivre sur Encelade.
Plus d'informations : Nozair Khawaja et al, Caractérisation en laboratoire des oligopeptides traités hydrothermiquement dans les grains de glace émis par Encelade et Europe, Philosophical Transactions of the Royal Society A:Mathematical, Physical and Engineering Sciences (2024). DOI :10.1098/rsta.2023.0201
Fourni par l'Université de Stuttgart
