Les astronomes révèlent l'origine interstellaire de l'une des briques du Vivant
Publié par Redbran le 17/01/2020 à 14:00
Source: ESO
Présent au sein de notre ADN et de nos membranes cellulaires, le phosphore est un élément essentiel à la vie telle que nous la connaissons. Toutefois, les modalités de son arrivée sur la Terre primitive demeurent inconnues. Les astronomes sont parvenus à retracer le parcours du phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.) depuis les régions de formation stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90...) jusqu'aux comètes en combinant les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) acquises par le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) ALMA et la sonde Rosetta (Rosetta est une sonde spatiale conçue par l'Agence spatiale européenne (ESA), ayant pour objectif de récolter des informations sur la comète Churyumov-Gerasimenko.) de l'Agence Spatiale Européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est une agence spatiale intergouvernementale fondée le...). Leur travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) révèle le site de production des molécules contenant du phosphore, leur transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de...) cométaire ainsi que le rôle crucial joué par une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...) particulière dans l'apparition de la vie (La vie est le nom donné :) sur notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en...).


Des molécules composées de phosphores détectées dans une région de formation stellaire et sur la comète 67P
Crédit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.; ESO/L. Calçada; ESA/Rosetta/NAVCAM; Mario Weigand, www.SkyTrip.de

“La vie est apparue sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive...) voici quelques 4 milliards d'années. Les processus qui en sont à l'origine demeurent toutefois aujourd'hui encore méconnus” précise Victor Rivilla, auteur principal d'une nouvelle étude publiée ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...) au sein de la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Les nouveaux résultats obtenus par le Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA), dont l'Observatoire Européen Austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) (ESO) est partenaire, et par l'instrument ROSINA embarqué sur la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ...) Rosetta, montrent que le monoxyde de phosphore constitue un élément essentiel du puzzle de l'origine de la vie (Cet article est consacré aux origines de la vie d'un point de vue scientifique. Les aspects mythiques et religieux sont traités dans l'article Cosmogonie. La précédente théorie scientifique de l'origine de la vie est...).

La résolution d'ALMA a permis d'examiner en détail la région de formation stellaire baptisée AFGL 5142. Les astronomes ont donc pu localiser le site de production des molécules phosphorées tel le monoxyde de phosphore. De nouvelles étoiles et leurs cortèges planétaires se forment au sein de nuages de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...) et de poussière semblables aux nuages interstellaires. Ces derniers constituent donc les sites de recherche privilégiés des éléments constitutifs de la vie.


Sur cette image acquise par ALMA figure une vue détaillé de la région de formation stellaire AFGL 5142. Une jeune étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est...) massive (Le mot massif peut être employé comme :) et brillante est visible au centre de l'image. Les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans...) de gaz issus de cette étoile ont généré une cavité en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une...). Sur les parois de cette cavité (figurée en couleurs) se sont formées les molécules composées de phosphore tel le monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée...). Les différentes couleurs représentent les mouvements de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe...) à différentes vitesses.
Crédit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rivilla et al.

Les observations d'ALMA ont montré que la création de molécules phosphorées accompagne la formation d'étoiles massives. Les flux de gaz issus des jeunes étoiles massives créent des cavités au sein des nuages interstellaires. Sous les effets combinés des chocs et du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule...) en provenance de la jeune étoile, des molécules contenant du phosphore se forment sur les parois de ces cavités - en particulier le monoxyde de phosphore, la molécule phosphorée la plus abondante sur ces sites.

Après avoir recherché cette molécule au sein de diverses régions stellaires au moyen d'ALMA, l'équipe européenne s'est focalisée sur un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini...) du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui...): la désormais célèbre comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. L'idée était de suivre la trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et...) de ces composés phosphorés. Si les parois de la cavité s'effondrent pour donner lieu à une étoile - de faible masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) telle le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) en l'occurrence, le monoxyde de phosphore est susceptible de geler et de se retrouver piégé au sein de grains de poussière glacés qui demeurent en périphérie de la nouvelle étoile. Avant même que l'étoile ne soit complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) formée, ces grains de poussière s'agglutinent et se constituent en cailloux, en rochers, et finalement en comètes, qui deviennent des vecteurs de monoxyde de phosphore.


Mosaïque de la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko, créée à partir d'images acquises le 10 septembre 2014, alors que la sonde ROSETTA de l'ESA se situait à 27,8 km de la comète.
Crédit: ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA 3.0 IGO

L'instrument ROSINA (Rosetta Orbiter (Orbiter est un simulateur de vol spatial réaliste, diffusé sous forme de graticiel (mais non open source), pour le système d’exploitation Windows, créé par le Dr Martin Schweiger, professeur à la...) Spectrometer for Ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui va ».) and Neutral Analysis) embarqué à bord de la sonde ROSETTA a collecté, deux années durant, des données concernant 67P. A l'époque de la mission, ces données avaient révélé la présence de phosphore. Toutefois, les astronomes ignoraient la molécule ayant contribué à son acheminement sur la comète. Kathrin Altwegg, la scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) responsable de l'instrument ROSINA, par ailleurs contributrice de cette nouvelle étude, a émis une hypothèse concernant cette molécule de transport après avoir été approchée lors d'une conférence par un astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) étudiant les régions de formation stellaires au moyen d'ALMA: “Elle a dit que le monoxyde de phosphore pourrait être un excellent candidat, alors j'ai ré-examiné nos données et déniché sa trace !”

Cette première détection de monoxyde de phosphore sur une comète permet d'établir une relation entre les régions de formation stellaire, sites de production de la molécule, et la Terre.

“La combinaison (Une combinaison peut être :) des données d'ALMA et de ROSINA a révélé une sorte de fil conducteur chimique durant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le processus de formation stellaire, dans lequel le monoxyde de phosphore joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la...) un rôle essentiel” précise Victor Rivilla, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent d'importantes...) à l'Observatoire d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la...) d'Arcetri de l'INAF, l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) National d'Astrophysique en Italie.

“Le phosphore est un élément essentiel à la vie telle que nous la connaissons” ajoute Kathrin Altwegg. “Les comètes ont fort probablement acheminé de vastes quantités de composés organiques jusqu'à la Terre. Le monoxyde de phosphore découvert au sein de la comète 67P renforce le lien entre les comètes et la vie sur Terre.”


Sur cette carte figure la localisation de la région de formation stellaire baptisée AFGL 5142, récemment observée au moyen d'ALMA, dans la constellation du Cocher. La plupart des étoiles visibles à l'oeil nu par temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) clair et par nuit noire sont représentées. Sur cette image, AFGLS 5142 est entouré d'un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du...) de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.).
Crédit: ESO, IAU and Sky & Telescope

La collaboration entre astronomes a permis de documenter les étapes de ce parcours. “La détection du monoxyde de phosphore a été rendue possible grâce à un échange interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) entre les télescopes au sol et les instruments spatiaux”, précise Kathrin Altwegg.

Leonardo Testi, astronome à l'ESO et Directeur des Opérations d'ALMA, conclut ainsi: “Comprendre nos origines, en particulier la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans précision, on...) des conditions chimiques favorables à l'émergence de la vie, constitue un sujet d'étude majeur de l'astophysique moderne. Tandis que l'ESO et ALMA se focalisent sur l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) des molécules composant les jeunes systèmes planétaires distants, l'ESA, au travers de ses missions spatiales telle Rosetta, effectue l'inventaire direct des espèces chimiques présentes au sein de notre Système Solaire. La synergie entre les principales installations terrestres et les sondes spatiales, au travers de la collaboration entre l'ESO et l'ESA, constitue un atout majeur pour les chercheurs européens et permet des découvertes révolutionnaires telle celle dont il est question au sein de cet article.”

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