formation moléculaire astrochimique

Dans les premiers instants, l'Univers s'est étendu à une vitesse prodigieuse. Ce processus est appelé inflation, et la force motrice est le champ de l'inflaton. Son énergie a poussé l'espace à s'étendre, comme la levure fait lever la pâte. Mais les physiciens soupçonnent que des « bulles » ont pu rester dans la pâte — des particules superlourdes nées de l'expansion elle-même.

L'étoile AB Aur est jeune, elle a environ 4 millions d'années. Autour d'elle tourbillonne un disque dense de gaz et de poussière. Récemment, un long bras de gaz s'est écrasé dans ce disque — un flux de matière provenant du nuage environnant.

Dans le cocon de gaz dense qui entoure une jeune étoile massive, des flux de matière se heurtent comme dans un gigantesque ballon chimique. L'un se déplace par rapport à nous à environ 11 kilomètres par seconde, l'autre à environ 5.

Un nuage géant de gaz et de poussière, si froid que la chaleur y est à peine perceptible — à quelques degrés seulement au-dessus du zéro absolu. C'est TMC-1, dans la constellation du Taureau, l'un des berceaux de molécules les plus sombres et les plus denses de notre Galaxie.

Dans les nuages sombres et froids de gaz interstellaire, les astronomes remarquent depuis plusieurs années des molécules aromatiques – des composés dont la base est le cycle benzénique (un hexagone d'atomes de carbone), comme dans le benzène que nous connaissons.

Un ballon se gonfle tout seul, alors que personne ne souffle dedans. C'est à peu près ce à quoi ressemble l'expansion accélérée de l'Univers – et pour l'expliquer, on invoque généralement l'énergie noire, une force invisible et incompréhensible. Mais et si le ballon se gonflait parce que de nouvelles molécules d'air apparaissent continuellement à l'intérieur ?

Dans les nuages froids entre les étoiles, les grains de poussière sont recouverts de glace, comme les vitres en hiver de givre. Sur cette croûte glacée se produisent des réactions chimiques qui n'ont pas lieu dans le gaz. L'une d'elles est la rencontre d'un atome de carbone avec une molécule d'azote.

La cuisine d'une galaxie lointaine ne se limite pas à son disque brillant. Autour de chaque système stellaire flotte un nuage de gaz invisible, comme la vapeur au-dessus d'une casserole de soupe. Des astronomes ont observé cette vapeur autour de galaxies telles qu'elles étaient seulement un milliard et demi d'années après le Big Bang.

Lorsqu'une jeune étoile éjecte des jets de gaz, ceux-ci percutent le nuage environnant comme un poing s'enfonçant dans un oreiller. Au point d'impact, le gaz est comprimé et chauffé : c'est une onde de choc. Dans cette zone brûlante, les atomes et les molécules simples entrent en collision et s'assemblent en composés plus volumineux, appelés molécules organiques complexes.

Le plasma est un gaz dans lequel les électrons sont arrachés aux atomes, et il conduit l'électricité. Dans l'espace, ce gaz est souvent si dilué que les particules ne se heurtent presque jamais, et son comportement est décrit par les équations du mouvement de chaque particule.

Le corps glacé Arrokoth ressemble à un bonhomme de neige : deux sphères pressées l'une contre l'autre. De tels objets à deux têtes sont nombreux au-delà de l'orbite de Neptune, dans la ceinture de Kuiper. On a longtemps pensé qu'ils naissaient de la collision lente de deux corps distincts. Une nouvelle modélisation révèle une autre voie.

Dans un nuage sombre et froid entre les étoiles, un grain de poussière de la taille d'un millième de millimètre capture de légères molécules. Le monoxyde de carbone et l'hydrogène adhèrent à sa surface comme des gouttes de pluie sur une vitre et réagissent.

Dans un nuage où naissent des étoiles massives, il existe un cœur dense et chaud. Comme dans une cuisine surpeuplée où la chaleur de la cuisinière fait évaporer les odeurs, ici la chaleur des jeunes étoiles fait s'évaporer les molécules de la surface des grains de poussière cosmique.

Dans un atelier de joaillerie, on ne mélange pas l'or avec le ruthénium : l'un est mou et brillant, l'autre réfractaire et fragile. Mais à l'échelle nanométrique, ces métaux se fondent en un alliage unique qui, lorsqu'on le chauffe, commence à se séparer, comme l'huile et l'eau dans un bouillon qui refroidit.

Une réaction chimique ordinaire ressemble à une balle qui dévale une pente : elle suit un chemin naturel unique. Mais si l'on place les molécules dans une minuscule boîte à miroirs — un micro-résonateur optique —, la lumière qui s'y trouve commence à interférer avec le mouvement de la balle.

Dans les nuages froids de gaz interstellaire, le carbone se cache dans les molécules de monoxyde de carbone (CO), comme le sucre dissous dans le thé. Mais près des étoiles massives et chaudes, ce « thé » entre en ébullition : le rayonnement intense déchire les molécules, et le carbone se libère sous forme d'atomes isolés ou d'ions.