L'ombre glacée dans la lumière diffuse : SPHEREx détecte la glace qui disparaît dans les cœurs préstellaires ✛
Au cœur même d'un nuage moléculaire, là où la température chute à 10–20 kelvins et où la densité du gaz atteint un million de particules par centimètre cube, règne une ombre glacée. Là, loin de la lumière des étoiles, l'eau, le dioxyde de carbone et d'autres molécules gèlent à la surface des grains de poussière. Ces manteaux de glace sont le matériau de construction des futures planètes et, peut-être, la source d'eau pour la vie à venir. Mais quelque chose fait disparaître la glace avant même que le nuage ne commence à se contracter en étoile.
Le télescope spatial SPHEREx a scruté ces régions sombres dans le proche et le moyen infrarouge. Il a vu comment la glace interstellaire absorbe la lumière des étoiles d'arrière-plan aux longueurs d'onde de 3.05 et 4.27 micromètres. Plus il y a de glace sur le trajet de la lumière, plus les creux dans le spectre sont profonds. En comparant des dizaines de cœurs, les chercheurs ont découvert que, à mesure que la densité du gaz augmente, l'abondance de la glace d'eau diminue d'un facteur 3 à 5. La température de la poussière reste pourtant inférieure à 20 kelvins, bien trop froide pour une évaporation thermique. Un autre mécanisme est donc à l'œuvre : la désorption non thermique, où les rayons cosmiques éjectent les molécules de glace sans chauffer le grain.
Cette découverte bouleverse le tableau habituel. On pensait auparavant que la glace attendait tranquillement l'effondrement du cœur et ne commençait à s'évaporer et à se redistribuer que plus tard, dans le disque protoplanétaire. On voit maintenant que la glace est activement recyclée avant même la naissance de l'étoile. La masse totale de glace qui disparaît dans un cœur typique est estimée à 10^−5 masses solaires, ce qui est comparable à la masse du futur disque protoplanétaire. Autrement dit, la composition chimique des futurs systèmes planétaires se met en place plus tôt que nous ne le pensions.
Qu'est-ce que cela signifie pour nous ? Pour l'instant, c'est une connaissance pure, sans applications immédiates. Mais cela change nos estimations de la quantité d'eau et de matière organique qui reviendra aux futures planètes. Si la glace disparaît si tôt, certaines systèmes pourraient contenir moins d'eau que prévu. Peut-être que le déficit en eau dans certains systèmes planétaires s'explique précisément par cette perte précoce. La prochaine étape consiste à observer avec une résolution spectrale plus élevée pour distinguer les différentes formes de glace et suivre le destin des molécules évaporées. L'ombre glacée dans la lumière diffuse n'est pas si immobile qu'elle en a l'air : elle vit, respire et fond bien avant que la première étoile ne s'allume.
La température dans les cœurs étudiés n'est que de 10 à 15 degrés au-dessus du zéro absolu, mais même à ce froid, la glace s'évapore, grâce aux rayons cosmiques qui éjectent les molécules de la surface des grains de poussière.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « 2010 : Odyssée deux », les lunes glacées de Jupiter conservent l'eau pour les générations futures. Les observations de SPHEREx montrent que l'eau sous forme de glace peut disparaître des endroits les plus froids de l'Univers bien avant de devenir accessible à la vie.