hydrogène moléculaire

Dans les entrailles des sub-Neptunes, ces planètes les plus nombreuses de la Galaxie mais sur lesquelles on ne peut pas se tenir, le magma silicaté et l'hydrogène se mélangent en un cocktail supercritique unique.

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.

Dans les profondeurs noires du cosmos, à la surface de minuscules grains de glace, se déroule un chantier silencieux. Là où la température chute presque jusqu'au zéro absolu et où règne un rayonnement intense, l'acide aminé glycine (la brique protéique la plus simple) s'assemble avec lui-même.

Un disque de gaz et de poussière tourne autour de la jeune étoile HV Tau C, presque vu par la tranche. Le télescope James Webb a analysé son spectre et a remarqué une émission d'hydrogène moléculaire chaud (H₂). Elle révèle un large vent bilatéral qui jaillit des régions internes bien au-delà du disque.

Soixante-douze disques d'accrétion — des cocons tourbillonnants de gaz et de poussière cosmique — ont été scrutés par l'instrument MIRI à bord du James Webb. La plupart d'entre eux libèrent des flux dans l'espace : des structures coniques denses et de fines gerbes à grande vitesse.

Pendant longtemps, les astronomes ont cherché les « usines » des rayons cosmiques les plus énergétiques, ces particules qui portent en elles le macrocosme compressé à l'échelle du noyau atomique. Les suspects étaient les colossales régions de formation d'étoiles comme Cygnus OB2, où les vents des jeunes géantes entrent en collision.

L'Univers à 700 millions d'années, c'est un chantier bruyant où les premières lumières commencent à peine à s'allumer. Les télescopes ont capté un signal de cette époque lointaine : la galaxie REBELS-25, massive et pleine de carburant stellaire.

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.

Dans le centre densément peuplé de la galaxie, deux étoiles tournent si près l'une de l'autre que l'une arrache les couches externes de l'autre — comme le vent emporte un vêtement. Il reste un noyau d'hélium brûlant, une étoile sans enveloppe d'hydrogène.

L'hydrogène est l'élément le plus abondant. Ses atomes sont comme des antennes : ils émettent et absorbent la lumière à des fréquences bien précises. Einstein avait prédit que l'espace-temps pouvait onduler — ce sont les ondes gravitationnelles.

Une galaxie n'est pas une image figée, mais un chaudron bouillonnant où de nouvelles étoiles naissent constamment d'un gaz ténu. Pour comprendre combien de temps cette ébullition va durer, les astronomes pèsent l'ingrédient principal : l'hydrogène moléculaire froid.

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.

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.

Une ville lointaine vue à travers une vitre embuée : les lumières vives se brouillent, les détails se perdent. C'est à peu près ainsi que les astronomes voient le gaz contenant des ions magnésium (magnésium) dans notre Galaxie — les raies spectrales les plus fortes « saturent », empêchant de comprendre la quantité réelle de matière.

Un feu allumé avec de l'alcool pur brûle fort et ne dégage presque pas de fumée. C'est à peu près ainsi que brillaient les premières étoiles — elles ne contenaient pas d'éléments lourds, seulement de l'hydrogène et de l'hélium laissés par le Big Bang.

Une feuille de papier ne pèse presque rien, mais si l'on empile cent feuilles, on obtient une liasse bien tangible. C'est à peu près ce qu'ils ont fait avec un matériau qui excelle à convertir une couleur de lumière en une autre, mais seulement lorsqu'il a l'épaisseur d'un atome. Une seule couche, c'est comme une seule feuille : cela fonctionne joliment, mais c'est trop fin pour produire beaucoup de lumière.

Dans un nuage dense de gaz et de poussière où naissent des étoiles géantes, le télescope ALMA a aperçu quelque chose de familier. Quatre minces jets de gaz s'échappent de la même région, chacun laissant derrière lui une chaîne de nœuds brillants – comme une ligne pointillée.

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.

Un nuage de gaz de la taille d'une petite galaxie s'abat sur la Voie lactée à des centaines de kilomètres par seconde. De tels nuages sont dits à haute vitesse, et jusqu'à présent on n'y avait jamais trouvé d'étoiles – seulement du gaz. Aujourd'hui, dans l'un d'eux, baptisé Complex H, des astronomes ont aperçu deux jeunes amas d'étoiles.

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.

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.

Une marmite en ébullition : la vapeur monte, l'eau bouillonne, et la température varie d'un point à l'autre. Il en va de même dans l'espace : les nuages de gaz autour des jeunes étoiles ne sont pas des sphères lisses, mais un mélange bouillonnant avec des tourbillons et des variations de densité.

Le ciel nocturne semble sombre, mais il est en réalité empli d'une faible lueur. La majeure partie de cette lumière naît dans des nuages invisibles de gaz froid — celui-là même qui donne naissance aux nouvelles étoiles. Ce gaz n'émet presque rien, ce qui le rend difficile à repérer.

Autour des jeunes étoiles, des disques de gaz et de poussière tourbillonnent — comme des chantiers de construction pour les futures planètes. C'est de cette matière que se formeront les mondes rocheux et les géantes gazeuses.

Dans l'air que nous respirons, des événements chimiques invisibles se produisent constamment. L'un d'eux est la naissance et la mort instantanée d'une particule de formule H₂COO.

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.

Un sèche-cheveux braqué sur un glaçon en arrache la vapeur et des gouttelettes, et le glaçon finit par fondre. C'est à peu près ce que fait le vent issu du centre de notre Galaxie : il attrape les nuages froids de gaz et les emporte, tout en les réchauffant et en les déchiquetant.

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.

Le télescope James Webb observe l'étoile TRAPPIST-1 — une minuscule naine rouge autour de laquelle gravitent sept planètes de la taille de la Terre. Et il voit quelque chose d'inhabituel : les éruptions brillantes sur cette étoile atteignent à peine 3500–4000 degrés.