chimie des disques protoplanétaires

Trois armoires remplies de pierres. Dans la première, des grains métalliques et un minéral gris, l'enstatite ; dans la deuxième, les mêmes grains, mais avec des veines rouillées ; dans la troisième, des argiles stratifiées, gonflées d'eau. Ces trois ensembles proviennent de météorites tombées sur Terre, des chondrites.

Dans les profondeurs d'une sub-Neptune, où la pression atteint cent mille bars et la température quatre mille degrés, la roche se comporte comme une soupe bouillante. Les vapeurs lourdes de silicium et de magnésium s'élèvent, refroidissent et retombent en pluie de particules solides.

À la surface de la Lune et des astéroïdes, on rencontre des creux plus petits qu'une tête d'épingle, mais avec des bords brillants et fondus. Ces traces sont laissées par de minuscules météorites, mais la vitesse exacte d'impact nécessaire pour produire la fusion restait incertaine.

Le ciel nocturne semble immuable, mais les galaxies échangent constamment de la matière. La Voie lactée, tel un grand fleuve, absorbe des ruisseaux plus petits – les galaxies naines. Avec leurs étoiles, des planètes peuvent aussi nous parvenir.

Dans les froides profondeurs de l'espace flottent des pierres plus anciennes que la Terre elle-même. À l'intérieur de certaines se cachent de minuscules billes de verre : les chondres. Elles se sont formées lorsque le disque de gaz et de poussière tourbillonnait encore autour du jeune Soleil.

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.

Autour des jeunes étoiles tourbillonnent de plats nuages de gaz et de poussière — les futures systèmes planétaires. À l'intérieur de certains d'entre eux, un vide béant : la poussière et le gaz ont été balayés, comme si quelqu'un avait éclairci le milieu d'un disque vinyle.

Dans les nuages interstellaires sombres, où naissent de nouvelles étoiles, la chimie commence avec une particule minuscule : l'ion trihydrogène (H₃⁺). Il entre en collision avec d'autres atomes et déclenche une cascade de réactions qui construisent des molécules de plus en plus complexes.

Dans la fournaise de la formation stellaire, la température atteint 900 degrés — comme dans un haut-fourneau incandescent. C'est dans cette chaleur extrême que naissent les cristaux cosmiques.

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.

Le bord du projecteur. Dès qu'on masque l'éclat aveuglant de l'étoile centrale, un théâtre d'ombres apparaît. Le coronographe de James Webb, tel un rideau épais, a occulté l'étoile TW Hydrae – et sur une scène de 120 unités astronomiques (quatre fois la distance jusqu'à Neptune), son disque d'accrétion entre en jeu.

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.

Le disque galactique ressemble à une ondulation figée à la surface de l'eau : chaque perturbation laisse une trace que l'on peut lire des milliards d'années plus tard.

Parmi les exoplanètes incandescentes qui tournent dangereusement près de leur étoile se cache un mystère de naissance. Il y a près de trois décennies, Michel Mayor et Didier Queloz ont découvert le premier de ces mondes, et depuis, les astronomes se demandent : comment une géante gazeuse peut-elle se…

Lorsque le télescope James Webb décompose la lumière d'une exoplanète lointaine en spectre, il lit une chronique chimique. Mais cette chronique n'est pas une vérité monolithique : c'est une atmosphère sans cesse réécrite par le rayonnement de l'étoile.

Au fin fond de l'espace, au centre d'une galaxie. Un trou noir supermassif est entouré d'un disque incandescent de gaz et de poussière. Et voilà qu'à travers ce voile de feu, avec une périodicité de quelques heures, une étoile s'élance — telle une flèche décochée par l'arc de la gravité.

La planète WASP-121 b n'est pas qu'une boule chaude. C'est un monde où le fer s'évapore et où le ciel brille de sa propre chaleur. Un nouveau regard sur elle a permis de comprendre de quels « ingrédients » elle est faite.

Une planète rocheuse incandescente ressemble à une casserole de soupe bouillante, sauf que son couvercle est l'atmosphère. Les gaz s'échappent du magma, enveloppent le monde d'une couverture dense et influencent eux-mêmes la vitesse à laquelle le corps céleste se refroidit.

Les étoiles naissent dans des nuages froids de poussière cosmique et d'hydrogène. À l'intérieur de ces cocons, les protoétoiles – les noyaux des futures étoiles – ont longtemps été considérées comme de simples amas chauds.

Le télescope James Webb a plongé son regard dans le disque de gaz et de poussière entourant une jeune étoile, là où naissent les planètes, et y a pour la première fois distingué de la glace d'eau lourde.

Dans la construction du Système solaire, comme dans un menu de dégustation gastronomique, la recette n'est pas toujours fixée à l'avance — parfois, le dernier ingrédient est ajouté alors que le plat est déjà sur le feu.

La naissance des planètes est une fournaise cosmique : le gaz et la poussière se compriment, les ondes de choc et le rayonnement intense brûlent tout ce qui est complexe. On pensait que de fragiles fils organiques comme les cyanopolyynes ne survivaient pas à cet enfer.

Une maternelle où certains enfants pâtissent des sablés dans le sable, tandis que d'autres assemblent déjà des Lego. C'est à peu près l'image du système de l'étoile V1298 Tau : elle n'a que 20 millions d'années — à l'échelle cosmique, elle vient tout juste de sortir du berceau. Autour d'elle gravitent plusieurs planètes, et deux d'entre elles, b et e, se révèlent étonnamment différentes.

Parmi les blocs de glace qui filent dans le vide, il y a des voyageurs particuliers : les comètes interstellaires. Elles sont nées autour d'étoiles lointaines et ont accidentellement fait irruption dans notre voisinage. L'une d'elles, 3I/ATLAS, s'est retrouvée dans le viseur des télescopes alors qu'elle s'approchait du Soleil.

Une toupie de la taille d'une ville, qui pèse plus que le Soleil et effectue des centaines de tours par seconde. Voilà une étoile à neutrons — le vestige d'un astre explosé. Parfois, sa rotation s'accélère soudainement, comme si quelque chose s'était déclenché à l'intérieur.

Un lampadaire qui clignote quand quelqu'un passe devant. C'est un peu ce que fait Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche de nous : elle s'embrase en réponse au mouvement de ses planètes. Les astronomes ont observé cette étoile avec un instrument très sensible, le spectrographe ESPRESSO. Comme un prisme, il décompose la lumière en couleurs.

Une casserole de bouillie bouillante, où au lieu de grains se trouvent des couches d'oxygène et de silicium, et où le feu en dessous est sur le point de s'éteindre, l'étoile s'effondrant sur elle-même.

Les chondres ressemblent à des gouttes de pluie de pierre figées. Elles ont la taille d'un grain de sable, mais elles renferment l'histoire des premiers millions d'années du Système solaire.

On ouvre un vieux coffre rempli de trésors de famille et, à l'intérieur, on découvre des bijoux que l'on croyait contemporains de l'arrière-grand-mère. Mais voilà que l'on s'aperçoit que l'or a été refondu, que les pierres ont été retaillées, et que cela s'est produit bien plus tard qu'on ne le pensait.

Autour des petites naines rouges, fraîches mais extrêmement turbulentes, on trouve souvent des exoplanètes de la taille de la Terre.

Une réaction chimique ressemble au passage d'un tourniquet : la foule crée du chaos et se coince, tandis qu'une file ordonnée avance. Dans le monde quantique, pourtant, lorsque la bousculade s'apaise, la barrière peut devenir fantomatique — la particule la traverse comme si le tourniquet s'évanouissait.

Au Grand collisionneur de hadrons, ce ne sont pas seulement les noyaux qui entrent en collision, mais aussi des protons individuels. Même dans de si petits systèmes, on observe un comportement collectif semblable à l'écoulement d'un fluide.

Autour des jeunes étoiles tourbillonnent des nuages plats de gaz et de poussière, comme une pâte à pizza à partir de laquelle, avec le temps, se forment les planètes.

Une étoile hérite de la composition chimique du nuage de gaz qui l'a vue naître, tout comme un enfant hérite des gènes de ses parents.

Un pâtissier ajoute plus de sucre à sa pâte, et le gâteau change. Il en va de même pour une étoile : la composition de sa « pâte » — le nuage de gaz et de poussière qui donne naissance aux planètes — détermine quels mondes se forment autour d'elle.

Deux étoiles très petites et froides, semblables à la célèbre TRAPPIST-1, vivent dans le jeune amas stellaire du Scorpion supérieur. Elles n'ont que 5 à 10 millions d'années – des bébés à l'échelle cosmique. Autour de chacune tourne un disque de gaz et de poussière, dans lequel des planètes pourraient éventuellement se former.

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.

Autour d'étoiles rouges et sombres tournent des planètes rocheuses. Pour certaines, l'année dure moins d'une journée terrestre — on les appelle des exoplanètes à période ultra-courte. Leur surface est torride et leur ciel est baigné d'une lumière cramoisie.

Dans les confins froids du système solaire, l'eau est considérée comme le principal matériau de construction des glaces. Mais chez certaines comètes et certains corps glacés lointains, le rapport entre le monoxyde de carbone (CO) et l'eau est anormalement élevé — comme si une glace contenait soudain trop de sirop. D'où vient ce déséquilibre ?

Le jeune Soleil brillait 30 % moins fort, mais les océans n'ont pas gelé. L'explication : les superéruptions, qui bombardaient l'atmosphère de flux de particules énergétiques.