formation d'hydrogène stellaire

Deux toupies tournent si près l'une de l'autre qu'elles se frôlent presque. L'une est d'un bleu incandescent, l'autre d'un blanc terne. Ensemble, elles font un tour complet en vingt heures. C'est la paire Feige 64 : une étoile bleue d'un tiers de la masse du Soleil et une naine blanche — le noyau refroidi d'une ancienne étoile — une fois et demie plus lourde que notre astre.

Lorsque des étoiles naissent dans une galaxie, elles font briller l'hydrogène — comme une enseigne au néon, mais à l'échelle cosmique. Cette lumière pourrait en dire long sur le nombre d'étoiles en formation, mais sur le chemin jusqu'à nous, elle traverse la poussière cosmique.

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 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.

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.

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.

Une balle roule vers une colline, mais elle n'a pas assez d'énergie – elle redescend. C'est ce que dicte la mécanique classique. Dans le monde quantique, une particule minuscule traverse parfois la colline comme si l'obstacle n'existait pas. Ce tour de passe-passe – l'effet tunnel – est monnaie courante pour l'atome léger d'hydrogène.

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.

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.

Les superbulles sont des géantes cosmiques, comparables à des bulles de savon, mais au lieu d'un film de savon, elles contiennent du gaz raréfié entre les étoiles, et elles ne sont pas gonflées par un souffle, mais par une série d'explosions de supernovae.

L'hydrogène est un carburant propre : en brûlant, il ne produit que de l'eau. Mais pour l'extraire de l'eau, il faut briser la liaison solide entre l'hydrogène et l'oxygène. On utilise généralement du platine, un métal coûteux.

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 les nuages sombres et froids où naissent les étoiles, les grains de poussière sont recouverts d'une croûte de glace. Sur cette croûte, comme sur une route d'hiver, errent lentement des atomes isolés.

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 pouponnières d'étoiles, les astres massifs naissent rarement seuls : ils naissent en couples. Deux étoiles tournent autour d'un centre commun, et la plus lourde gonfle la première, éjectant ses couches externes. Une partie de cette matière ne s'échappe pas dans l'espace, mais s'écoule vers la voisine, comme l'eau d'un verre trop plein se déverse dans un autre.

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 grain de poussière cosmique est recouvert de glace, et sur cette glace, comme dans une minuscule cuisine, des molécules sont préparées. L'une d'elles est le méthanol, un alcool qui, dans l'espace, sert de matière première pour des composés plus complexes.

Quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, l'Univers ressemblait à un océan sombre et infini, enveloppé d'un épais brouillard d'hydrogène neutre (non ionisé). Puis quelque chose a dissipé l'obscurité : le rayonnement ultraviolet arrachait les électrons des atomes, rendant le gaz transparent comme de l'eau claire.

Le type de planète le plus courant dans notre Galaxie est celui des mondes rocheux autour d'autres étoiles, ou exoplanètes, enveloppés du gaz le plus simple, l'hydrogène. Leur contenu est resté un mystère jusqu'à ce que des scientifiques reproduisent en laboratoire les conditions de leurs entrailles.

En 2017, les détecteurs LIGO et Virgo ont capté des ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux étoiles à neutrons. Une kilonova a alors jailli : une explosion cosmique brillante dans laquelle, pensait-on, naissent les éléments les plus lourds du tableau périodique.