Une équipe internationale d’astronomes a détecté pour la première fois de manière confirmée dans l’espace une forme extrêmement rare et lourde du méthanol autour de la protoétoile IRAS 4A2, au sein du nuage moléculaire de Persée, situé à environ 1 000 années-lumière de la Terre.
L’abondance du méthanol lourd dépasse les prévisions des modèles
Les mesures ont montré que l’abondance de la molécule détectée était environ 100 fois supérieure aux prévisions des modèles chimiques actuels. Les chercheurs ont utilisé le Grand Réseau d’antennes millimétrique et submillimétrique de l’Atacama, ALMA, pour capter la signature spectrale du méthanol entièrement deutéré, connu sous la formule CD3OD, autour de cet objet encore au stade de sa naissance.
L’importance de ce résultat ne se limite pas à l’ajout d’une nouvelle molécule à la liste des substances observées dans l’espace: l’écart considérable entre les mesures et les prévisions suggère qu’une étape essentielle manque à la compréhension actuelle de la formation des molécules organiques. Le méthanol est le plus simple des alcools, mais il joue un rôle important dans la chimie interstellaire.
Les réactions auxquelles il participe à la surface des grains de poussière glacés contribuent à former des composés organiques plus grands. L’étude de ses différentes formes permet donc de comprendre les voies par lesquelles la complexité chimique augmente dans les environnements précédant la formation des étoiles et des planètes. Le deutérium est une forme lourde de l’hydrogène, et les molécules qui en sont riches présentent un intérêt scientifique car elles se forment efficacement dans les environnements très froids qui précèdent la naissance des étoiles.
Ces molécules peuvent agir comme des traces chimiques préservées, enregistrant ce à quoi la matière a été exposée avant que la protoétoile ne commence à chauffer son environnement. L’étude a été dirigée par l’astronome Arno Belloche, de l’Institut Max-Planck de radioastronomie, dans le cadre du projet COMPASS, un relevé spectral fondé sur ALMA qui étudie 11 jeunes systèmes stellaires comparables aux premiers stades de l’évolution du Soleil.
Première détection d’une molécule quadruplement deutérée entre les étoiles
Dans l’environnement d’IRAS 4A2, l’équipe a trouvé une signature claire d’une forme de méthanol dans laquelle les quatre atomes d’hydrogène ont tous été remplacés par l’isotope lourd de l’hydrogène, le deutérium. Il s’agit également de la première molécule interstellaire détectée après quatre remplacements par du deutérium.
Silvia Spezzano, responsable d’un groupe de recherche à l’Institut Max-Planck de physique extraterrestre, a déclaré que la deutération permettait de suivre l’évolution chimique des molécules pendant la formation des étoiles et des planètes. Elle a ajouté que cela aidait à comprendre comment la complexité moléculaire passe des nuages interstellaires aux systèmes planétaires.
Un écart chimique révèle un processus inconnu
La principale surprise est apparue lors de la comparaison entre la quantité de méthanol entièrement deutéré observée et les résultats des modèles: son abondance atteignait environ 100 fois le niveau attendu, tandis que les modèles chimiques disponibles ne parvenaient pas à reproduire cette proportion. Selon Belloche, ce résultat signifie probablement qu’un processus majeur responsable de la formation du méthanol fortement deutéré n’est pas pris en compte par les modèles actuels.
Les résultats du projet COMPASS ont également révélé des signes de ce que l’on appelle les masers du méthanol, de puissantes émissions radio naturelles, chez plus de la moitié des protoétoiles étudiées.
Ce phénomène était auparavant principalement associé aux régions de naissance des étoiles massives, mais son apparition autour de protoétoiles de faible masse suggère que des conditions physiques extrêmes pourraient également être réunies lors de la naissance d’étoiles semblables au Soleil. Les données d’IRAS 4A2 contiennent d’autres raies spectrales non identifiées, que les scientifiques soupçonnent d’être dues à des formes supplémentaires de méthanol fortement deutéré.
Si leur nature est confirmée, elles pourraient contribuer à reconstituer la chaîne de réactions qui transporte la matière organique des nuages glacés froids vers les disques où se forment les planètes, et préciser quelle part de la chimie les systèmes planétaires héritent des étapes précédant la naissance de leurs étoiles.
