spectroscopie astrochimique

Dans les recoins les plus froids et les plus sombres du cosmos, les grains de poussière se couvrent de glace, comme une vitre par un jour de gel. Cette glace n'est pas seulement de l'eau gelée : il y a aussi du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone.

Un orchestre où chacun joue sa partition, et vous essayez d'entendre la voix discrète d'une flûte rare – sa mélodie se noie dans le son des violons et des trompettes. C'est à peu près cela, la chasse aux molécules dans les nuages interstellaires : les télescopes captent les « voix radio » de nombreuses substances, et distinguer le signal recherché parmi le bruit est une tâche ardue.

Pendant près d'un demi-siècle, les astronomes ont cherché délibérément la glycine – l'acide aminé le plus simple, l'un des éléments fondamentaux des protéines – dans le milieu interstellaire.

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.

L'odeur du pain frais signale sans erreur la proximité d'une boulangerie. Mais pour savoir si la cuisson est en cours, il est plus important de capter non pas l'arôme lui-même, mais son intensification — le flux continu d'air chaud qui sort du four.

L'anatomopathologiste colore une coupe de tissu avec de l'hématoxyline et de l'éosine — les cellules se teintent en bleu et en rose, et au microscope on voit leur forme et leur disposition. Mais quels gènes sont actifs dans chaque cellule, on ne peut pas le lire sur une telle image.

Chaque molécule est comme un jeu de construction d'atomes : les mêmes pièces peuvent être assemblées de différentes manières. Deux assemblages avec le même ensemble d'atomes mais une géométrie différente sont appelés isomères. Si l'un s'obtient de l'autre par une simple rotation autour d'une liaison, ce sont des conformères, comme un bras plié ou tendu.

Les radiotélescopes ont enregistré les raies spectrales d'émission de la source chaude compacte G358.93-0.03 MM1 — un cocon au sein duquel se forme une protostar massive. Dans ce rayonnement, on a identifié les raies du glycolamide, une molécule construite sur un squelette carboné.

Bien avant qu'une étoile ne s'embrase dans un nuage de gaz, une vie chimique y bouillonne déjà. Dans les amas de gaz froids et denses – appelés cœurs sans étoiles – les atomes s'assemblent en molécules, simples ou plus complexes. Pour observer cette cuisine invisible, les astronomes ont pointé le radiotélescope de 40 mètres de Yebes vers 23 de ces nuages dans la nébuleuse d'Orion.

La comète 3I/ATLAS a été repérée alors qu'elle entrait dans le Système solaire depuis l'espace interstellaire.

Le microscope à effet tunnel sonde une molécule avec une aiguille très fine et en dessine le relief. Mais l'image est plane, alors que la molécule est volumineuse. Comment deviner la posture d'une personne à partir de son ombre sur un mur ?

Dans une cuisine où l'on prépare à la fois une soupe, un rôti et un pain, tout se passe dans la même marmite. C'est à peu près l'image de la zone moléculaire centrale (ZMC), cet amas de gaz dense au cœur même de la Voie lactée.

En cuisine, ce qui compte, ce ne sont pas seulement les proportions des ingrédients, mais aussi leur quantité totale. Deux tartes avec le même rapport sucre/farine mais des portions de tailles différentes ne seront pas identiques.

Dans les nuages sombres et froids où les étoiles commencent tout juste à se former, les grains de poussière s'habillent de manteaux de glace. Cette glace n'est pas seulement de l'eau gelée : elle contient aussi du dioxyde de carbone, du méthanol, de l'ammoniac et d'autres molécules.

La matière noire est comme une colle invisible qui maintient les galaxies ensemble. Elle n'émet pas de lumière, mais si ses particules entrent en collision, un éclair de rayonnement gamma peut se produire.

Le champ magnétique nous entoure partout : de la boussole dans nos téléphones à l'IRM à l'hôpital. Pour le mesurer avec une grande précision, il faut des matériaux spéciaux qui réagissent aux moindres variations du champ.

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.

Dans un nuage de gaz froid tout près du centre de notre Galaxie, désigné par les astronomes sous le nom de G+0.693-0.027, se cache un véritable laboratoire de chimie. Là, loin des étoiles, à la surface de minuscules grains de poussière — de la taille de particules de fumée — les atomes s'assemblent en molécules, comme une pâte sur une table de cuisine.

Au centre de notre Galaxie s'étend une forêt dense de poussière et de gaz. La lumière des étoiles perce difficilement ce fourré, comme une lampe de poche dans le brouillard. Mais c'est précisément là, dans ce nuage opaque, que naissent de nouvelles étoiles. Les scientifiques ont voulu scruter ce brouillard.

Les astronomes lisent l'histoire des galaxies à travers leurs portraits. Autrefois, ils utilisaient soit la longue analyse de la lumière par couleurs, soit les rapides photos avec filtres, perdant les détails de la forme.

Il y a cent ans, les observatoires magnétiques n'enregistraient que les lentes respirations du noyau terrestre. Aujourd'hui, leurs données deviennent un terrain de chasse pour la physique des particules.

Tels des coureurs sur une longue distance, les noyaux atomiques — du léger hélium au lourd fer — foncent vers nous à travers la Galaxie. À l'arrivée, dans le détecteur du ballon stratosphérique, on voit que les noyaux lourds arrivent un peu plus épuisés que les légers.