Il faut un ensemble riche et diversifié de molécules complexes pour que des choses comme les étoiles, les galaxies, les planètes et les formes de vie comme nous existent. Mais avant que les humains et toutes les molécules complexes dont nous sommes faits puissent exister, il devait y avoir cette première molécule primordiale qui a déclenché une longue chaîne d'événements chimiques qui ont conduit à tout ce que vous voyez autour de vous aujourd'hui.
Bien qu'il ait longtemps été théorisé d'exister, le manque de preuves observationnelles pour cette molécule était problématique pour les scientifiques. Maintenant, ils l'ont trouvé et ces scientifiques peuvent rester tranquilles. Leur théorie prédictive gagne!
Aux tout premiers jours de l'Univers, il n'y avait que deux ou trois types d'atomes. L'hydrogène, l'hélium et de minuscules quantités de lithium ont été créés par Big Bang Nucleosynthesis. Tous les autres éléments ont été forgés plus tard, en étoiles. Les étoiles sont principalement de l'hydrogène, mais les étoiles ne pourraient pas se former à partir des simples atomes d'hydrogène créés lors du Big Bang. Ils se forment à partir de ce qu'on appelle l'hydrogène moléculaire. Et l'hydrogène moléculaire ne pourrait pas se former sans la soi-disant «première molécule», une combinaison d'hélium et d'hydrogène appelée hydrure d'hélium. La théorie dit que l'hydrure d'hélium a été créé environ 100 000 ans après le Big Bang.
«C'était tellement excitant d'être là, de voir l'hydrure d'hélium pour la première fois dans les données.»
Rolf Guesten, Institut Max Planck de radioastronomie, auteur principal.
Vous pouvez imaginer un instantané de l'Univers primitif, quelque part environ 100 000 ans après le Big Bang. Il faisait très chaud et n'était peuplé que d'hydrogène, d'hélium et de ce petit morceau de lithium. Avant que la population atomique de l'Univers ne puisse se diversifier, des étoiles devaient se former. Une fois qu'il a commencé à refroidir, les conditions commençaient à devenir mûres pour que les étoiles se forment.
Mais quelque chose d'autre devait aussi arriver. Le refroidissement de l'Univers n'était pas suffisant pour que les étoiles se forment. L'hydrogène moléculaire a dû être créé, car les étoiles sont faites en grande partie à partir d'hydrogène moléculaire plutôt que de l'hydrogène atomique simple créé par le Big Bang. (Les scientifiques n'appellent pas cela de l'hydrogène simple, ils l'appellent juste un atome d'hydrogène.)
La plupart de l'hydrogène dans l'Univers est de l'hydrogène moléculaire.
Mais un seul atome d'hydrogène est rare dans l'univers d'aujourd'hui, car c'est un radical libre et est vraiment réactif. L'hydrogène moléculaire est une molécule dans laquelle deux atomes d'hydrogène sont liés ensemble. Il se compose de deux protons et de deux électrons et est très stable. Il y a des nuages massifs d'hydrogène moléculaire dans l'espace et des étoiles de ces nuages.
Le problème dans le premier univers était que, même si les choses se refroidissaient, l'hydrogène moléculaire ne pouvait pas se former tout seul. Selon la théorie, l'hydrogène simple devait interagir avec une molécule spécifique avant de pouvoir se former, et cette molécule était l'hydrure d'hélium. Cette interaction a été la première étape de la chimie de l'Univers.
"Le manque de preuves de l'existence même d'hydrure d'hélium dans l'espace interstellaire a été un dilemme pour l'astronomie pendant des décennies."
Rolf Guesten, Institut Max Planck de radioastronomie, auteur principal
Même si la théorie disait que l'hydrure d'hélium devait exister, et même s'il avait été créé dans un laboratoire en 1925, il n'avait jamais été vu dans l'espace. C'est une molécule très cornichon, car l'un de ses atomes constitutifs est l'hélium, un gaz noble. Et les gaz nobles sont très réticents à réagir avec d'autres atomes.
Mais maintenant, ils l'ont trouvé.
Dans un article publié le 17 avril dans la revue Nature, les chercheurs ont décrit comment ils ont découvert l'hydrure d'hélium insaisissable dans le
nébuleuse planétaire appelée NGC 7027. Ils ont utilisé SOFIA de la NASA, ou
Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge, à rechercher. SOFIA est un Boeing 747SP converti qui vole à haute altitude, au-dessus des interférences atmosphériques, pour effectuer des observations.
Depuis les années 1970, les scientifiques pensaient que le NGC 7027 avait les conditions nécessaires pour que l'hydrure d'hélium existe. En utilisant SOFIA et l'instrument GREAT allemand (récepteur allemand aux fréquences Terahertz), ils ont sondé NGC 7027, à la recherche de la molécule insaisissable.
L'auteur principal de l'article est Rolf Guesten de l'Institut Max Planck de radioastronomie, à Bonn, en Allemagne. "Le manque de preuves de l'existence même d'hydrure d'hélium dans l'espace interstellaire a été un dilemme pour l'astronomie pendant des décennies", a déclaré Guesten.
La nébuleuse planétaire où les chercheurs l'ont repérée a les bonnes conditions pour la formation d'hydrure d'hélium. L'étoile vieillissante a émis la chaleur et le rayonnement ultraviolet nécessaires à la formation de la molécule. Mais regarder à l'intérieur de cette nébuleuse s'est avéré très difficile. Entrez SOFIA et GREAT.
SOFIA est un peu comme un hybride entre un télescope au sol et un télescope spatial. De son point de vue à 45 000 pieds, il est exempt de la plupart des interférences atmosphériques de la Terre, un peu comme un télescope spatial. Mais c'est plus flexible. Il atterrit entre les missions et son instrumentation peut être modifiée ou adaptée davantage comme un télescope au sol.
Dans ce cas, l'instrument GREAT allemand a été intégré à SOFIA en 2011. Et il s'est avéré essentiel dans cette recherche.
"Nous sommes en mesure de changer d'instruments et d'installer les dernières technologies", a déclaré Naseem Rangwala, scientifique adjoint du projet SOFIA. «Cette flexibilité nous permet d'améliorer les observations et de répondre aux questions les plus urgentes auxquelles les scientifiques veulent répondre.»
En 2016, les scientifiques ont commencé à utiliser SOFIA et GREAT pour sonder NGC 7027 pour l'hydrure d'hélium insaisissable. Chaque molécule interagit avec la lumière sur sa propre fréquence, et GREAT a été réglé sur la fréquence de l'hydrure d'hélium, similaire à l'accord d'une radio sur une station particulière. Et ils ont finalement eu de la chance.
«C'était tellement excitant d'être là, de voir l'hydrure d'hélium pour la première fois dans les données. Cela amène une longue recherche à une fin heureuse et élimine les doutes sur notre compréhension de la chimie sous-jacente de l'univers primitif.
Rolf Guesten, Institut Max Planck de radioastronomie, auteur principal
"C'était tellement excitant d'être là, de voir l'hydrure d'hélium pour la première fois dans les données", a déclaré Guesten. "Cela amène une longue recherche à une fin heureuse et élimine les doutes sur notre compréhension de la chimie sous-jacente de l'univers primitif."
C'est donc la fin heureuse de l'une des questions les plus longues de l'astronomie. La conclusion réussie de la recherche d'hydrure d'hélium est une belle victoire pour nos théories détaillant l'évolution de l'Univers.
Si vous êtes ami avec un scientifique, allez lui acheter une bière et montrez votre appréciation pour leur travail acharné!
Sources
- Document de recherche: Détection astrophysique de l'ion hydrure d'hélium HeH
- Communiqué de presse: Le premier type de molécule de l'univers est enfin trouvé
- NASA: Site Web de SOFIA
- Wikipédia: ion hydrure d'hélium
