Les parfums du midi cosmique : comment les HAP survivent dans l'enfer d'un double quasar ✛ ✎

L'époque du midi cosmique est une période où l'Univers vivait sa jeunesse turbulente. Trois milliards d'années après le Big Bang, les galaxies formaient des étoiles à un rythme effréné, et des trous noirs supermassifs grandissaient en leur centre. C'est à cette époque agitée que se sont formés des systèmes binaires comme J0749+2255 — deux galaxies en train de fusionner, chacune avec son monstre central. Grâce aux travaux de Edwin Hubble et Georges Lemaître, nous savons que la lumière de cette paire a mis plus de 10 milliards d'années pour nous parvenir, traversant un espace en expansion. Et voilà qu'en pointant le spectrographe infrarouge MIRI, installé sur le James Webb, vers ce système lointain, les astronomes ont senti quelque chose d'étonnant : un parfum de molécules organiques.

Ces molécules — les hydrocarbures aromatiques polycycliques, ou HAP — sont de véritables parfums cosmiques. Imaginez un flacon de parfum complexe : il contient des notes de fond tenaces, comme de grands anneaux de carbone, et des notes de tête volatiles — les chaînes aliphatiques attachées aux anneaux. De la même manière, les HAP sont constitués d'un squelette de carbone hérissé de « duvets » d'hydrogène. Lorsque les trous noirs et les jeunes étoiles les irradient avec de l'ultraviolet, les molécules se mettent à briller dans l'infrarouge, révélant leur composition. Grâce à la spectroscopie, l'instrument MIRI a décomposé cette lumière, et les scientifiques, en utilisant le code PAHFIT, ont isolé deux bandes caractéristiques : à 3.3 et 3.4 micromètres. La première correspond aux liaisons carbone-hydrogène aromatiques, la seconde aux aliphatiques. On s'attendait à ce que près des noyaux, où le rayonnement est particulièrement intense, les queues aliphatiques soient détruites, comme un parfum délicat dans une flamme. Mais la réalité s'est avérée différente.

La fraction aliphatique — la part de carbone dans les groupes latéraux — a atteint 14 % dans l'un des points les plus brillants du noyau. Pour comparaison, dans la célèbre galaxie « explosive » M82, ce chiffre n'est que de 8.4 %. On pourrait penser que plus on s'éloigne du centre, plus les molécules fragiles sont en sécurité, mais les données montrent une tendance inverse : dans les régions externes, la fraction est en moyenne plus faible et varie de zéro à 15 %. De plus, l'émission des HAP a révélé des structures mystérieuses, semblables à des queues de marée et des bras spiraux, invisibles sur les images de Hubble. Ainsi, les parfums cosmiques ont révélé le motif caché de la danse des galaxies en fusion, comme une encre invisible sur la carte d'un astrophysicien.

Cette découverte remet en cause la conviction bien établie selon laquelle les petits HAP ne peuvent pas survivre à proximité des noyaux actifs. Soit l'effet destructeur des ultraviolets et des ondes de choc est surestimé, soit il existe des mécanismes inconnus qui reconstituent les molécules juste après la rupture des liaisons. Comme si un parfum reconstituait miraculeusement son arôme après avoir été brûlé. Pour la cosmologie, cela signifie que les réseaux chimiques dans les simulations d'évolution des galaxies doivent être révisés, et que les HAP deviennent un outil puissant pour diagnostiquer les fusions. À l'avenir, le James Webb et le géant terrestre ELT permettront de réaliser une « tomographie aromatique » détaillée de tels systèmes, en séparant la contribution des pouponnières d'étoiles et des trous noirs. Nous sommes à l'aube d'une ère où l'odeur des galaxies nous racontera comment les mondes se rassemblent à partir de la poussière cosmique.