carbone ionisé

Imaginez trois témoins qui ont vu le même événement. Deux racontent la même histoire, le troisième diffère. À qui se fier ? C'est exactement la situation à laquelle les astronomes sont confrontés en mesurant le carbone dans l'étoile J0815+4729, un objet très ancien avec une teneur en fer exceptionnellement basse (carbone est l'un des éléments…

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.

Dans un épais nuage moléculaire, au bord d'un gaz lumineux, un tapis roulant invisible est à l'œuvre. Il prend de simples fragments — des atomes isolés et des paires légères — et les colle un à un pour former de longues chaînes carbonées et des anneaux. La première pièce de ce tapis roulant a longtemps échappé aux regards. On vient de la trouver.

La nébuleuse d'Orion est la vitrine de l'astrophysique, un laboratoire pour étudier la formation stellaire à nos côtés. Depuis plus d'un siècle, sa lumière est décomposée en spectres, et chaque raie interdite murmure sa version du nombre d'électrons par centimètre cube.

Depuis que Voyager 2 a survolé Uranus en 1986, les lunes glacées de la planète gardaient leur secret : d'où venait le dioxyde de carbone à leur surface ? Les spectromètres de l'époque ne faisaient que suggérer la présence de CO₂, sans pouvoir en déterminer l'origine.

Au centre de presque chaque grande galaxie se cache un trou noir supermassif, dont l'abîme gravitationnel a été décrit mathématiquement pour la première fois par Karl Schwarzschild. Lorsqu'il avale du gaz, naît un noyau actif éblouissant — un quasar.

En 2019, un invité inhabituel a fait irruption dans le Système solaire : la comète 3I/ATLAS. Elle venait d'une autre étoile, et pour la première fois, les astronomes ont pu examiner la composition de sa queue de poussière.

Un cristal, c'est comme un régiment en parade : chaque atome à sa place, et les électrons y défilent en ondes régulières. Un matériau amorphe, c'est une foule dans une gare : aucun ordre, juste une cohue permanente. Dans une telle foule, un électron se retrouve vite coincé, comme une personne qui tente de traverser une masse compacte de gens.

Une ampoule tamisée qui se met soudain à éclairer des motifs invisibles sur le mur : c'est un peu ainsi que les astronomes observent les galaxies naines lointaines, ces minuscules îles d'étoiles pauvres en éléments lourds. Dans certaines d'entre elles, on a remarqué une faible lueur violette d'hélium ionisé (la raie spectrale particulière He II 4686 Å).

Une caméra ultra-rapide capable de filmer le mouvement des électrons, c'est l'interféromètre attoseconde. Il envoie deux impulsions laser sur la matière avec un infime délai. La première, ultraviolette, telle un flash, arrache un électron de la molécule.

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.

Chaque galaxie flotte dans un nuage de gaz invisible, comme un fruit dans un sirop. Ce gaz est un reste du matériau de construction à partir duquel les étoiles se sont formées, et il est constamment alimenté par de nouvelles portions provenant de l'espace intergalactique. Le voir directement est presque impossible : il est trop ténu et trop froid.

Dans un nuage de gaz froid où naît une étoile, la chimie sommeille. Les molécules se heurtent rarement, les réactions s'immobilisent. Mais si une particule chargée traverse le nuage, elle arrache des électrons aux atomes – elle les ionise. Ainsi, dans le nuage endormi, apparaissent des ions actifs, prêts à construire de nouvelles molécules.

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.

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.

Un ordinateur quantique, c'est un peu comme un orchestre où chaque qubit est un musicien qui joue sa partition. Mais de temps en temps, un rayon cosmique fait irruption dans la salle, et le violoniste sursaute, perdant le rythme.

Une galaxie lointaine où naissent des centaines d'étoiles devrait briller dans la lumière de l'oxygène. C'est ce que pensaient les astronomes : les jeunes étoiles chaudes chauffent le gaz, qui émet alors une lueur infrarouge caractéristique à une longueur d'onde de 63 microns.

Bien avant l'apparition des étoiles, l'Univers était rempli d'hydrogène froid. Ce gaz sait « chanter » – émettre des ondes radio d'une longueur de 21 centimètres.

Grâce à James Webb et à la spectroscopie (la décomposition de la lumière en couleurs), des astronomes ont percé la poussière pour observer le cœur de la galaxie IRAS 07251-0248.

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.

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.

Dans les nuages sombres et froids de l'espace où naissent les étoiles, les grains de poussière se recouvrent d'une fine couche de glace. Cette glace n'est pas simplement de l'eau gelée, mais un mélange de différentes molécules : monoxyde de carbone, dioxyde de carbone, azote, et d'autres.

Quand l'Univers avait moins d'un milliard d'années, il ressemblait à un épais brouillard : la lumière ultraviolette ne pouvait pas voyager loin car le gaz interstellaire l'absorbait. Mais peu à peu, à mesure que les premières étoiles et galaxies naissaient, le brouillard s'est dissipé — ce processus est appelé l'époque de la réionisation.

Deux trous noirs tournent l'un autour de l'autre dans une danse serrée, et autour d'eux naît quelque chose d'étonnant : une molécule gravitationnelle. Un nuage de bosons ultra-légers, des particules de masse inférieure à l'électron-volt, enveloppe la paire comme le nuage électronique dans l'ion H2+.