Molécules organiques dans les zones froides interstellaire

Formation de molécules organiques complexes dans les zones froides de l'espace interstellaire.

Bien que généralement associées aux régions de formation stellaire chaudes, de récentes observations ont montré que les molécules organiques complexes étaient également présentes dans les phases très froides de la formation stellaire. A ces basses températures, la diffusion thermique des radicaux à l'origine de la naissance de ces molécules observées dans des régions plus chaudes est négligeable et ce processus de formation n'est donc pas envisageable. Des chercheurs du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux (CNRS / Université de Bordeaux) et de l'Institut des sciences moléculaires (CNRS / Université de Bordeaux), proposent un nouveau modèle de formation de ces espèces à basse température. Ces résultats sont parus dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Les plus récentes observations du milieu interstellaire ont mis en évidence une diversité et une richesse moléculaire bien plus importante que l'on ne l'avait jamais imaginé auparavant. À ce jour plus de 180 molécules ont été détectées dans le milieu interstellaire (mélange de gaz et de poussières qui remplit l'espace entre les étoiles), ainsi que dans les enveloppes stellaires et pré-stellaires. Ces molécules sont pour la plupart de type organique (contiennent l'élément carbone) et une soixantaine d'entre elles sont considérées comme complexes (contiennent au moins 6 atomes). Certaines de ces molécules organiques complexes sont aussi détectées dans les comètes et semblent constituer un ingrédient indispensable à l'apparition de la vie (formation des acides aminés, des protéines et des molécules pré biotiques).


Bien que généralement associées aux régions de formation stellaire chaudes, de récentes observations ont montré que les molécules organiques complexes telles que le méthanol (CH3OH), l'acétaldéhyde (CH3CHO), le diméthyléther (CH3OCH3) et le méthyle formate (HCOOCH3) étaient également présentes dans les phases très précoces et froides de la formation stellaire. Dans les régions de formation d'étoiles, ces molécules sembleraient se former à la surface des grains de poussières par diffusion et recombinaison de radicaux lourds a des températures intermédiaires "relativement chaudes"(40 à 60 K, soit -245°C). Elles seraient ensuite relâchées dans le gaz par désorption thermique au fur et à mesure du réchauffement de ces grains de poussière par l'activité de la nouvelle étoile naissante. Dans les régions denses et beaucoup plus froides, la diffusion thermique des radicaux est négligeable et ce processus de formation n'est donc pas envisageable. Comment peut-on donc expliquer la formation de ces espèces à basse température ?

Une étude pluridisciplinaire (financement ERC Starting Grant 3DICE), conjointe entre des chercheurs du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux et de l'Institut des sciences moléculaires, propose un nouveau modèle de formation de ces espèces à basse température. Les grains de poussière dans les régions pré-stellaires sont en partie constitués de glaces "sales", mélange d'eau et de molécules simples comme du monoxyde de carbone (CO). La présence de cette glace va modifier le comportement des gaz qui viennent se coller sur la surface des grains. Les deux principaux mécanismes nouvellement considérés par cette étude sont la formation directe de nouveaux composés par un mécanisme Eley-Rideal (1) (par exemple formation de directe CCO par association d'un carbone atomique gaz avec un CO de la surface) et la formation de complexes avec l'eau de la surface qui modifie fortement le comportement des composés (voir figure).

Grâce à ces deux nouveaux mécanismes, les modèles développés pour étudier la composition chimique du milieu interstellaire prédisent des abondances de molécules organiques complexes formées sur les grains interstellaires froids similaires à celles observées.

(1) Réaction entre une espèce adsorbée à la surface et une espèce non adsorbée.

Référence:
Maxime Ruaud, Jean-Christophe Loison, Kevin M. Hickson, Pierre Gratier, Franck Hersant, Valentine Wakelam
Modeling Complex Organic Molecules in dense regions: Eley-Rideal and complex induced reactio
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 30 janvier 2015, 447, 4004-4017
DOI: 10.1093/mnras/stu2709