Titan, la plus grande lune de Saturne, est enveloppé d'une épaisse brume orangée. Elle est composée d'hydrocarbures et d'autres molécules organiques qui naissent lorsque la lumière solaire décompose le méthane et l'azote dans les couches supérieures de l'atmosphère. Les chimistes appellent ce processus photométrie — la lumière agit comme un chef invisible qui, à partir d'ingrédients simples, élabore des plats de plus en plus complexes. L'un de ces plats est la molécule C3, une chaîne de trois atomes de carbone. On la connaît bien en laboratoire, mais dans le ciel de Titan, elle se cachait.
Auparavant, les astronomes cherchaient C3 dans la lumière infrarouge — comme si l'on écoutait une mélodie douce sans remarquer une note éclatante. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs a pointé le spectrographe ESPRESSO, installé sur le Très Grand Télescope (VLT) au Chili, vers Titan. Cet instrument décompose la lumière en des milliers de nuances, telle un prisme, et permet de voir les plus fines raies d'absorption — les empreintes des molécules. Dans la partie ultraviolette du spectre, à une longueur d'onde de 405 nanomètres, une bande nette de C3 est apparue. Le signal était huit fois plus fort que les fluctuations aléatoires — les astronomes parlent de « huit sigma », ce qui signifie une confiance quasi absolue.
Pour estimer la quantité de C3, les scientifiques ont comparé les observations avec des modèles informatiques de l'atmosphère de Titan. Il en ressort qu'au-dessus de chaque centimètre carré de la surface de la lune se trouve une colonne d'environ 15 billions de ces molécules. C'est peu : si l'on rassemblait tout le C3 d'une colonne de plusieurs centaines de kilomètres de haut, on obtiendrait une couche plus mince qu'un cheveu humain. Mais pour l'astrochimie, c'est un résultat important : il concorde avec les prédictions des modèles photochimiques et montre que dans la mésosphère de Titan (la couche située entre 200 et 500 km d'altitude), la teneur en C3 atteint des fractions de million.
Cette découverte souligne que les instruments conçus pour chercher des planètes autour d'autres étoiles fonctionnent aussi très bien dans notre système solaire. ESPRESSO a été initialement conçu pour mesurer les oscillations des étoiles sous l'effet des exoplanètes, mais sa résolution extrêmement élevée a permis de discerner des détails subtils dans le spectre de Titan. Désormais, les astronomes disposent d'une nouvelle méthode pour suivre la cuisine chimique de mondes froids et lointains — et peut-être y trouver les premiers indices d'une chimie organique complexe.
La résolution du spectrographe ESPRESSO est si élevée que si vous regardiez à travers lui une ampoule située à mille kilomètres, vous remarqueriez qu'elle change de couleur lorsqu'elle chauffe d'un millième de degré.