Empreinte radiofréquence des COM

Des scientifiques japonais ont trouvé pour la première fois des preuves concluantes de la présence d’une molécule organique complexe particulière dans les régions de nuages ​​de gaz moins denses. Crédit: Université des sciences de Tokyo

Comment la matière organique a-t-elle atteint la Terre? Cosmic Detectives Trace Origine de Molécules Organiques Complexes

Les scientifiques confirment la présence d’acétonitrile dans un nuage de gaz interstellaire éloigné à l’aide d’un radiotélescope.

Comment la matière organique a-t-elle atteint la Terre en premier lieu? Une façon de réfléchir à cette question est d’observer la distribution et l’abondance de molécules organiques complexes dans les nuages ​​de gaz interstellaires. Cependant, la détection de telles molécules dans les régions les moins denses de ces nuages ​​de gaz a été difficile. Maintenant, des scientifiques japonais ont trouvé pour la première fois des preuves concluantes de la présence d’une molécule organique complexe particulière dans une telle région.

L’origine de la vie sur Terre est un sujet qui a piqué la curiosité humaine depuis probablement avant le début de l’histoire enregistrée. Mais comment la matière organique qui constitue les formes de vie est-elle même arrivée sur notre planète? Bien que ce sujet soit encore un sujet de débat parmi les universitaires et les praticiens dans des domaines connexes, une approche pour répondre à cette question consiste à trouver et à étudier des molécules organiques complexes (COM) dans l’espace extra-atmosphérique.

Observatoire radio de Nobeyama

Le radiotélescope de 45 mètres de l’observatoire radio de Nobeyama au Japon. Crédit: Dr Mitsunori Araki de l’Université des sciences de Tokyo

De nombreux scientifiques ont rapporté avoir trouvé toutes sortes de COM dans des nuages ​​moléculaires – des régions gigantesques de l’espace interstellaire qui contiennent divers types de gaz. Cela se fait généralement à l’aide de radiotélescopes, qui mesurent et enregistrent les ondes radiofréquences pour fournir un profil de fréquence du rayonnement entrant appelé spectre. Les molécules dans l’espace tournent généralement dans diverses directions et émettent ou absorbent des ondes radio à des fréquences très spécifiques lorsque leur vitesse de rotation change. Les modèles actuels de physique et de chimie nous permettent d’approcher la composition de ce vers quoi un radiotélescope est pointé, via l’analyse de l’intensité du rayonnement entrant à ces fréquences.

Dans une étude récente publiée dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, Le Dr Mitsunori Araki de l’Université des sciences de Tokyo, avec d’autres scientifiques du Japon, a abordé une question difficile dans la recherche de COM interstellaires: comment pouvons-nous affirmer la présence de COM dans les régions moins denses des nuages ​​moléculaires? Étant donné que les molécules dans l’espace sont principalement activées par des collisions avec des molécules d’hydrogène, les COM des régions à faible densité des nuages ​​moléculaires émettent moins d’ondes radio, ce qui nous rend difficile de les détecter. Cependant, le Dr Araki et son équipe ont adopté une approche différente basée sur une molécule organique spéciale appelée acétonitrile (CH3CN).

Nuage moléculaire du Sagittaire

Utilisation de l’absorption des ondes radio pour détecter l’acétonitrile dans le nuage moléculaire de Sgr B2 (M) au centre de notre galaxie. Crédit: Dr Mitsunori Araki de l’Université des sciences de Tokyo

L’acétonitrile est une molécule allongée qui a deux façons indépendantes de tourner: autour de son grand axe, comme une toupie, ou comme s’il s’agissait d’un crayon tournant autour de votre pouce. Ce dernier type de rotation a tendance à ralentir spontanément en raison de l’émission d’ondes radioélectriques et, dans les régions à faible densité des nuages ​​moléculaires, il devient naturellement moins énergétique ou «froid».

En revanche, l’autre type de rotation n’émet pas de rayonnement et reste donc actif sans ralentir. Ce comportement particulier de la molécule d’acétonitrile a été la base sur laquelle le Dr Araki et son équipe ont réussi à le détecter. Il explique: «Dans les régions à faible densité de nuages ​​moléculaires, la proportion de molécules d’acétonitrile tournant comme une toupie devrait être plus élevée. Ainsi, on peut en déduire qu’il devrait exister un état extrême dans lequel beaucoup d’entre eux tourneraient de cette manière. Notre équipe de recherche a cependant été la première à prédire son existence, à sélectionner des corps astronomiques pouvant être observés et à commencer réellement l’exploration.

Configuration de l'observation COMs

La configuration d’observation. Crédit: M. Daitoshi Ishihara / Observatoire astronomique national du Japon

Au lieu d’opter pour les émissions d’ondes radio, ils se sont concentrés sur l’absorption d’ondes radio. L’état «froid» de la région à faible densité, si elle est peuplée de molécules d’acétonitrile, devrait avoir un effet prévisible sur le rayonnement qui provient des corps célestes comme les étoiles et le traverse. En d’autres termes, le spectre d’un corps rayonnant que nous percevons sur Terre comme étant «derrière» une région de faible densité serait filtré par des molécules d’acétonitrile tournant comme une toupie de manière calculable, avant qu’il n’atteigne notre télescope terrestre. Par conséquent, le Dr Araki et son équipe ont dû sélectionner soigneusement les corps rayonnants qui pourraient être utilisés comme «éclairage de fond» approprié pour voir si l’ombre de l’acétonitrile «froid» apparaissait dans le spectre mesuré. À cette fin, ils ont utilisé le radiotélescope de 45 m de l’Observatoire radio de Nobeyama, au Japon, pour explorer cet effet dans une région à faible densité autour du «nuage moléculaire Sagittaire Sgr B2 (M)», l’un des plus grands nuages ​​moléculaires du proximité du centre de notre galaxie.

Après une analyse minutieuse des spectres mesurés, les scientifiques ont conclu que la région analysée était riche en molécules d’acétonitrile tournant comme une toupie; la proportion de molécules tournant de cette façon était en fait la plus élevée jamais enregistrée. Excité par les résultats, le Dr Araki fait remarquer: «En considérant le comportement particulier de l’acétonitrile, sa quantité dans la région de faible densité autour de Sgr B2 (M) peut être déterminée avec précision. Parce que l’acétonitrile est un COM représentatif dans l’espace, connaître sa quantité et sa distribution dans l’espace peut nous aider à approfondir la distribution globale de la matière organique.

En fin de compte, cette étude peut non seulement nous donner des indices sur l’origine des molécules qui nous conforment, mais aussi servir de données sur le moment où les humains parviennent à s’aventurer en dehors du système solaire.

Référence: «Observations et analyse des raies d’absorption, y compris J = K niveaux de rotation de CH3CN: l’enveloppe du Sagittaire B2 (M) »par Mitsunori Araki, Shuro Takano, Nobuhiko Kuze, Yoshiaki Minami, Takahiro Oyama, Kazuhisa Kamegai, Yoshihiro Sumiyoshi et Koichi Tsukiyama, 10 août 2020, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / staa1754

Le Dr Mitsunori Araki a obtenu un doctorat en chimie de la Graduate University of Advanced Studies, Japon, en 1999. Après avoir été chercheur et professeur adjoint dans diverses universités au Japon, il a rejoint l’Université des sciences de Tokyo en 2009 et, depuis 2014 , il a été chercheur principal sur des projets de recherche en astrochimie. Ses intérêts de recherche tournent principalement autour de molécules organiques complexes dans l’espace et son objectif est de trouver de nouvelles molécules de ce type et de clarifier leur origine cosmique, à la fois par des expériences avec des molécules synthétisées en laboratoire et via des observations directes avec des radiotélescopes.