Une nouvelle espèce moléculaire, pierre angulaire de la chimie du carbone interstellaire, détectée par le télescope spatial James Webb

Une équipe de recherche internationale impliquant des laboratoires de l’Université Paris-Saclay, dont l’Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS – CNRS / Univ. Paris-Saclay) et l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO – CNRS, Univ. Paris-Saclay), ont utilisé les données collectées par le télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA, comparées à l'expertise des spectroscopistes en laboratoire, pour détecter pour la première fois une molécule connue sous le nom de cation méthyle (CH3+), située dans le disque protoplanétaire entourant une jeune étoile dans la région du nuage moléculaire d’Orion à environ 1 300 années-lumière de la Terre.

Cette molécule carbonée assez simple possède une propriété unique : elle réagit de manière relativement inefficace avec l'élément le plus abondant de notre univers (l'hydrogène moléculaire), mais réagit facilement avec d'autres molécules, ce qui permet la formation de molécules beaucoup plus complexes à base de carbone. La chimie du carbone présente un intérêt particulier pour les astronomes, car toutes les formes de vie connues sont basées sur le carbone. Le rôle vital de CH3+ dans la chimie du carbone interstellaire a été prédit depuis les années 1970, mais les capacités uniques de Webb ont enfin permis de l'observer - dans une région de l'espace qui pourrait éventuellement former des planètes hôtes capables d'accueillir la vie.

À l’ISMO, les chercheurs se sont fortement impliqués dans l’analyse spectroscopique des raies observées en émission par JWST en direction du disque protoplanétaire. En particulier, sur la base de données de laboratoire sur CH3+ existantes à basse résolution, l’ISMO à construit un modèle spectroscopique des transitions impliquant CH3+, un modèle discuté ensuite en concertation avec une équipe scientifique de l’Université de Cologne. C’est grâce à ce modèle qu’il a été possible de valider l’identification de CH3+ dans les observations astrophysiques du JWST. Ce modèle montre également les perspectives ouvertes et la nécessité d’acquérir des mesures dédiées provenant de l’astrophysique de laboratoire pour la détection d’espèces moléculaires clés dans les milieux astrophysiques.

Cette recherche s’inscrit dans le cadre du projet « PDRs4All », l’un des 13 programmes "Early Release Science" du JWST porté par trois co-PIs dont Emilie Habart Maitre de conférences à l’Université Paris-Saclay et chercheuse à l’IAS (Univ. Paris-Saclay / CNRS), Olivier Berné, astrophysicien au CNRS, à l’institut de recherche en astrophysique et planétologie de Toulouse (IRAP- CNRS / Univ. Toulouse III Paul Sabatier/ CNES / Observatoire Midi-Pyrénées)- et Els Peeters, Professeur à l’Université Western Ontario (Canada). Ces observations sont conçues pour présenter les capacités d’observation du JWST et permettre à la communauté astronomique de voir comment tirer le meilleur parti de ses instruments. L’équipe de ce programme du JWST nommé « les régions de photodissociation pour tous » a déjà planifié d’autres observations. La réduction des données JWST/MIRI-MRS, l'instrument qui a permis la détection de la molécule CH3+, a été réalisée au centre d'expertise français MIRI avec le soutien du CNES et de l'ANR-labcom INCLASS entre l'IAS et la société ACRI-ST.

Lire le communiqué de presse de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) en anglais

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