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Une équipe internationale vient d’observer pour la première fois la molécule de cyanoacetylène (HC₃N) dans des disques protoplanétaires. C’est dans ces disques de gaz et de poussières entourant des jeunes étoiles que les planètes naissent. HC₃N est non seulement la molécule la plus complexe détectée à ce jour dans un disque protoplanétaire, mais elle est surtout l’un des précurseurs des molécules organiques complexes, nécessaire à l'apparition de la vie. Les chercheurs ont réussi à prouver son existence dans trois disques différents entourant des étoiles de faible masse, âgés de quelques millions d’années. Ces observations ont été réalisées avec le radiotélescope de 30-mètres de l’IRAM localisé dans la Sierra Nevada espagnol ainsi qu’avec l’interféromètre du Plateau de Bure situé dans les Hautes-Alpes Françaises. C’est grâce à la très haute résolution angulaire de ces deux télescopes que les astronomes ont pu conclure avec certitude que la molécule de cyanoacetylène se trouve exactement dans les régions autour des étoiles où les modèles prédisent la formation possible de planètes.
 

Dessin artistique de l’étoile LkCa 15, sa planète et le disque qui les entoure. C’est dans ce disque proche de la planète que les scientifiques ont trouvé pour la première fois la molécule prébiotique de cyanoacetylène, précurseur des molécules complexes nécessaires a la vie (crédit : art by Karen Teramura, UH Institute for Astronomy).

On sait aujourd’hui que les planètes naissent dans les disques de gaz et de poussières qui entourent les étoiles jeunes. Ce mélange de gaz et de poussière, résidu du nuage moléculaire parent qui a formé l’étoile, gravite déjà autour de son étoile en suivant les lois de Kepler, celles là même qui régissent le ballet de nos planètes dans le ciel nocturne. Parmi ces étoiles jeunes, celles de faibles masse (moins de deux masses solaires) intéressent tout particulièrement les scientifiques car elles sont des Soleils en devenir.
On comprend dès lors que l’observation de ces disques de gaz et de poussières avec des instruments adaptés, comme le sont les instruments de l’IRAM ou le nouvel interféromètre ALMA qui vient d’entrer en opération au Chili, font partie des domaines astrophysiques qui passionnent les astronomes avides de déterminer les conditions nécessaires à la formation des planètes et celles encore plus pointues d’émergence de la vie.

Une équipe internationale composée de chercheurs français et allemands vient ainsi d’observer pour la première fois la molécule de HC₃N dans trois disques entourant des étoiles de quelques millions d’années dont la masse est comprise entre 0.5 et 2 masses solaires. HC₃N, le premier des cyanopolyynes, fait partie des briques moléculaires nécessaires à l’élaboration des molécules très complexes qui précèdent l’émergence de la vie. De plus, HC₃N est à ce jour la molécule la plus complexe détectée, avec certitude, dans les disques protoplanétaires. L’étude astrochimique de ces disques nous apprend que ces molécules se forment préférentiellement sur les surfaces des grains de poussières se trouvant proches du plan du disque. Dans ces zones froides, des molécules simples, comme le monoxyde de carbone ou l’eau sont collées sur les grains où elles forment un manteau de glace. Certaines réactions chimiques produisent ensuite des molécules plus complexes. Les photons Ultra-Violet ou le rayonnement cosmique qui impactent ces grains libèrent alors par désorption (évaporation) ces molécules plus complexes, permettant leur observation en état gazeuse.

Le disque de poussière de LkCa15 observé avec l’interféromètre de l’RAM révèle une cavité centrale qui peut s’expliquer par présence d’un système planétaire en formation. De récentes observations infrarouges suggèrent l’existence d’une planète d’environ 1 masse de Jupiter (crédit : Vincent Piétu/IRAM).

Les trois disques protoplanétaires observés par l’équipe, LkCa 15, MWC 480 et GO Tauri, sont situés dans la région de formation stellaire du Taureau. Parmi ces trois disques, LkCa 15 est particulièrement intéressant car une cavité centrale a été découverte grâce à des observations avec l’interféromètre du Plateau de Bure (IRAM). Cette cavité peut s'expliquer par la présence d'une planète. De récentes observations infra-rouges ont révélées la probable existence d'une planète de même masse que Jupiter. L'observation de la molécule de cyanoacetylène dans ces régions de formation planétaires est un premier pas important vers la compréhension de l'apparition de la complexité moléculaire et, par conséquent, de la vie, aussi bien sur Terre que sur les exo-planètes.

Publication :
CHEMISTRY IN DISKS. VII. FIRST DETECTION OF HC3N IN PROTOPLANETARY DISKS
Edwige Chapillon (Institute of Astronomy and Astrophysics, Taiwan), Anne Dutrey (LAB, Université de Bordeaux/CNRS), Stéphane Guilloteau (LAB, Université de Bordeaux/CNRS), Vincent Piétu (IRAM, Grenoble), Valentine Wakelam (LAB, Université de Bordeaux/CNRS), Franck Hersant (LAB, Université de Bordeaux/CNRS), Frédéric Gueth (IRAM, Grenoble), Thomas Henning (MPIA, Heidelberg), Ralf Launhardt (MPIA, Heidelberg), Katharina Schreyer (Astrophysikalisches Institut und Universitaets-Sternwarte, Jena) and Dmitry Semenov (MPIA, Heidelberg)

Publié le 1er Septembre 2012 dans « Astrophysical Journal » nº 756.

Contact :
Anne Dutrey
LAB, Université de Bordeaux,
UMR 5804,
2 rue de l’observatoire,
F-33270 Floirac, France
Tél. : +33 5 57 77 6140
E-mail : dutrey@obs.u-bordeaux1.fr