30.06.2022 - Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Un assainisseur dans la région du centre galactique

Détection interstellaire d'Iso-Propanol dans Sagittarius B2

Un groupe international de chercheurs dirigé par Arnaud Belloche (MPIfR, Bonn, Allemagne) rapporte la première identification d'iso-propanol dans l'espace interstellaire, une substance qui est utilisée comme désinfectant sur Terre. L'iso-propanol est le plus grand alcool détecté jusqu'à présent, démontrant la complexité croissante des membres de l'une des classes de molécules les plus abondantes que l'on puisse trouver dans l'espace. L'identification a été rendue possible grâce aux observations de la région de formation d'étoiles Sagittarius B2 (Sgr B2), proche du centre de notre galaxie, où de nombreuses molécules ont déjà été détectées. Cette région fait l'objet d'une étude approfondie de sa composition chimique avec le télescope ALMA au Chili.

La recherche de molécules dans l'espace se poursuit depuis plus de 50 ans. À ce jour, les astronomes ont identifié 276 molécules dans le milieu interstellaire. La base de données de Cologne pour la spectroscopie moléculaire (CDMS) fournit des données spectroscopiques pour détecter ces molécules, fournies par de nombreux groupes de recherche, et a été déterminante pour leur détection dans de nombreux cas.

L'objectif du présent travail est de comprendre comment les molécules organiques se forment dans le milieu interstellaire, en particulier dans les régions où naissent les nouvelles étoiles, et quelle peut être la complexité de ces molécules. La motivation sous-jacente est d'établir des liens avec la composition chimique des corps du système solaire tels que les comètes, comme l'a fait par exemple la mission Rosetta vers la comète Churyumov-Gerasimenko il y a quelques années.
Une région de formation d'étoiles exceptionnelle dans notre Galaxie, où de nombreuses molécules ont été détectées par le passé, est Sagittarius B2 (Sgr B2), qui est située à proximité de la célèbre source Sgr A*, le trou noir supermassif au centre de notre Galaxie.

"Notre groupe a commencé à étudier la composition chimique de Sgr B2 il y a plus de 15 ans avec le télescope de 30 m de l'IRAM", explique Arnaud Belloche de l'Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR) à Bonn/Allemagne, principal auteur de l'article sur la détection. "Ces observations ont été couronnées de succès et ont notamment conduit à la première détection interstellaire de plusieurs molécules organiques, parmi de nombreux autres résultats."

Avec l'avènement du Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) il y a dix ans, il est devenu possible d'aller au-delà de ce qui pouvait être réalisé vers Sgr B2 avec un télescope à un seul plat et une étude à long terme de la composition chimique de Sgr B2 a été lancée, qui a tiré parti de la haute résolution angulaire et de la sensibilité fournies par ALMA.

Jusqu'à présent, les observations ALMA ont permis d'identifier trois nouvelles molécules organiques (cyanure d'iso-propyle, N-méthylformamide, urée) depuis 2014. Le dernier résultat en date dans le cadre de ce projet ALMA est désormais la détection du propanol (C3H7OH).

Le propanol est un alcool, et c'est maintenant le plus grand de cette classe de molécules qui a été détecté dans l'espace interstellaire. Cette molécule existe sous deux formes ("isomères"), selon l'atome de carbone auquel le groupe fonctionnel hydroxyle (OH) est attaché : 1) le propanol normal, avec le groupe OH lié à un atome de carbone terminal de la chaîne, et 2) l'iso-propanol, avec le groupe OH lié à l'atome de carbone central de la chaîne. L'iso-propanol est également bien connu comme l'ingrédient clé des désinfectants pour les mains sur Terre. Les deux isomères du propanol dans Sgr B2 ont été identifiés dans l'ensemble de données ALMA. C'est la première fois que l'iso-propanol est détecté dans le milieu interstellaire, et la première fois que le propanol normal est détecté dans une région de formation d'étoiles. La première détection interstellaire du normal-propanol a été obtenue peu avant la détection ALMA par une équipe de chercheurs espagnols à l'aide de radiotélescopes à simple cuvette dans un nuage moléculaire non loin de Sgr B2. La détection de l'iso-propanol vers Sgr B2, en revanche, n'a été possible qu'avec ALMA.

"La détection des deux isomères du propanol est d'une puissance unique pour déterminer le mécanisme de formation de chacun. Comme ils se ressemblent beaucoup, ils 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 (Charlottesville/USA). "La seule question en suspens est celle des quantités exactes présentes, ce qui rend leur rapport interstellaire beaucoup plus précis que pour d'autres paires de molécules. Cela signifie également que le réseau chimique peut être réglé beaucoup plus soigneusement pour déterminer les mécanismes de leur formation."

Le réseau de télescopes ALMA était essentiel pour la détection des deux isomères du propanol vers Sgr B2, grâce à sa haute sensibilité, sa haute résolution angulaire et sa large couverture de fréquences. Une difficulté dans l'identification des molécules organiques dans les spectres des régions de formation d'étoiles est la confusion spectrale. Chaque molécule émet un rayonnement à des fréquences spécifiques, son "empreinte" spectrale, qui est connue grâce à des mesures en laboratoire.

"Plus la molécule est grosse, plus elle produit de raies spectrales à différentes fréquences. Dans une source comme Sgr B2, il y a tellement de molécules qui contribuent au rayonnement observé que leurs spectres se chevauchent et qu'il est difficile de démêler leurs empreintes digitales et de les identifier individuellement", explique Holger Müller de l'Université de Cologne, où des travaux de laboratoire ont été effectués, notamment sur le normal-propanol.

Grâce à la haute résolution angulaire d'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 m de l'IRAM ! L'étroitesse de ces lignes réduit la confusion spectrale, ce qui a été déterminant pour l'identification des deux isomères du propanol dans Sgr B2. La sensibilité d'ALMA a également joué un rôle clé : il n'aurait pas été possible d'identifier le propanol dans les données collectées si la sensibilité avait été deux fois moins bonne.

Cette recherche s'inscrit dans le cadre d'un effort de longue haleine visant à sonder la composition chimique des sites de Sgr B2 où de nouvelles étoiles se forment, et à comprendre ainsi les processus chimiques à l'œuvre au cours de la formation des étoiles. L'objectif est de déterminer la composition chimique des sites de formation d'étoiles, et éventuellement d'identifier de nouvelles molécules interstellaires. "Le propanol figure depuis longtemps sur notre liste de molécules à rechercher, mais ce n'est que grâce aux récents travaux réalisés dans notre laboratoire pour caractériser son spectre de rotation que nous avons pu identifier ses deux isomères de manière robuste", explique Oliver Zingsheim, également de l'université de Cologne.

La détection de molécules étroitement apparentées qui diffèrent légèrement dans leur structure (comme le normal- et l'iso-propanol ou, comme on le faisait dans le passé, le cyanure de normal- et d'iso-propyle) et la mesure de leur rapport d'abondance permettent aux chercheurs de sonder des parties spécifiques du réseau de réactions chimiques qui conduit à leur production dans le milieu interstellaire.

"Il y a encore beaucoup de lignes spectrales non identifiées dans le spectre ALMA de Sgr B2, ce qui signifie qu'il reste encore beaucoup de travail pour déchiffrer sa composition chimique. Dans un avenir proche, l'extension de l'instrumentation ALMA à des fréquences plus basses nous aidera probablement à réduire encore plus la confusion spectrale et permettra peut-être d'identifier d'autres molécules organiques dans cette source spectaculaire", conclut Karl Menten, directeur du MPIfR et chef de son département de recherche en astronomie millimétrique et submillimétrique.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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