La plus grande molécule d’alcool jamais découverte dans l’espace

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Les molécules de propanol et d’isopropanol ont été détectées dans Sgr B2 à l'aide du télescope ALMA. | Image de fond : Bruntaler et al., Astronomy & Astrophysics (2021)
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Des chercheurs de l’Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn viennent de détecter pour la première fois une molécule d’isopropanol dans l’espace interstellaire. Il s’agit de la plus grande molécule d’alcool découverte à ce jour dans l’espace. Elle a été observée dans le nuage moléculaire Sagittarius B2, situé non loin du centre de notre galaxie. Cette découverte pourrait éclairer le processus de formation des étoiles.

Cela fait des décennies que les astronomes sondent l’espace à la recherche de molécules. À ce jour, plus de 270 molécules ont déjà été repérées dans le milieu interstellaire. L’objectif est de comprendre comment se forment les molécules organiques dans l’espace, en particulier là où naissent les étoiles, et d’établir des liens avec la composition chimique des corps du système solaire tels que les comètes. Le nuage Sagittarius B2 (Sgr B2), situé à proximité du trou noir Sgr A* de notre galaxie, est rapidement devenu digne d’intérêt pour ces recherches ; de nombreuses molécules organiques y ont été détectées.

« Notre groupe a commencé à étudier la composition chimique de Sgr B2 il y a plus de 15 ans, avec le télescope de 30 mètres de l’IRAM », explique Arnaud Belloche, de l’Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn, qui a participé à cette découverte. Grâce à l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), situé au nord du Chili et mis en service en 2011, les astronomes ont pu approfondir leurs recherches. La haute résolution angulaire et la sensibilité de l’ALMA ont permis d’identifier de nouvelles molécules (telles que le cyanure d’isopropyle, le N-méthylformamide et l’urée). Une nouvelle molécule vient aujourd’hui s’ajouter à la liste.

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Une découverte qui n’aurait pas été possible sans l’ALMA

Le propanol (C3H7OH) est un alcool, qui existe sous forme de deux isomères : le propan-1-ol et le propan-2-ol (aussi appelé isopropanol) — ce dernier entre notamment dans la composition des solutions hydroalcooliques et autres désinfectants. Belloche et ses collaborateurs ont récemment rapporté la détection de ces deux formes moléculaires dans l’espace. C’est la première fois que l’isopropanol est détecté dans le milieu interstellaire, et la première fois que le propanol normal est détecté dans une région de formation d’étoiles.

Il n’est pourtant pas aisé de détecter des molécules organiques dans les spectres associés aux régions de formation d’étoiles. En effet, chaque molécule émet un rayonnement à des fréquences spécifiques ; plus elle est grosse, plus elle produit des raies à différentes fréquences. Or, la profusion de molécules dans Sgr B2 est telle que les spectres se chevauchent et s’entremêlent — ce qui rend l’identification des molécules beaucoup plus difficile.

Mais grâce à la haute résolution angulaire de l’ALMA, il a été possible d’isoler des parties de Sgr B2 qui émettent des raies spectrales très étroites — cinq fois plus étroites que les raies détectées à plus grande échelle avec le radiotélescope de 30 mètres de l’IRAM. L’étroitesse des raies a permis de distinguer les différentes fréquences de rayonnement — donc de limiter la confusion spectrale — et d’identifier les deux isomères du propanol dans Sgr B2.

La détection de ces deux molécules très similaires, qui diffèrent légèrement dans leur structure (le groupe fonctionnel -OH n’est pas positionné au même endroit), et en particulier leur rapport d’abondance, donne un aperçu du réseau de réactions chimiques qui a conduit à leur production dans le milieu interstellaire. « Comme elles se ressemblent beaucoup, elles se comportent physiquement de manière très similaire, ce qui signifie que les deux molécules devraient être présentes aux mêmes endroits et aux mêmes moments », explique Rob Garrod de l’Université de Virginie, co-auteur de l’étude.

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Deux familles de molécules qui présentent des similitudes

L’équipe rapporte dans Astronomy & Astrophysics que l’isopropanol est presque aussi abondant que le propanol normal, avec un rapport d’abondance de 0,6 — une valeur similaire au rapport de 0,4 qu’ils avaient obtenu précédemment pour le cyanure d’isopropyle ((H3C)2CHCN) et son isomère linéaire, également détectés dans Sgr B2. Les chercheurs soulignent que ces résultats sont cohérents avec ceux obtenus via les modèles astrochimiques et qu’ils suggèrent des similitudes dans les processus chimiques qui forment ces deux familles de molécules.

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Depuis la découverte du cyanure d’isopropyle en 2014, aucune autre molécule ramifiée n’avait été identifiée. « La détection du propanol normal et de l’isopropanol et le rapport indiquent que la préférence modeste pour la forme normale du cyanure d’isopropyle déterminée précédemment peut être une caractéristique plus générale parmi les molécules interstellaires de taille similaire », conclut l’équipe. En d’autres termes, les molécules à chaîne carbonée ramifiée peuvent être généralement abondantes dans le milieu interstellaire (aussi abondantes que leurs homologues linéaires).

D’autres recherches doivent toutefois être menées pour confirmer cette hypothèse. Pour ce faire, les astronomes espèrent repérer d’autres paires de molécules organiques, dont le groupe fonctionnel est attaché au carbone primaire ou secondaire du squelette carboné. Le butanol (qui possède quatre atomes de carbone) et ses trois isomères pourraient être les prochains candidats dans la famille des alcools. Leur détection risque cependant d’être encore plus difficile que celle du propanol, souligne l’équipe.

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Les chercheurs notent par ailleurs que beaucoup de raies spectrales sont encore non identifiées dans le spectre ALMA de Sgr B2. Il est prévu que le radiotélescope bénéficie bientôt d’une extension à des fréquences plus basses, qui permettra de réduire encore un peu plus la confusion spectrale. Ainsi, dans un avenir proche, d’autres molécules organiques pourraient être détectées dans ce nuage géant de gaz et de poussière, dévoilant les processus chimiques qui ont conduit à la formation des étoiles.

Source : A. Belloche et al., Astronomy & Astrophysics

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