Un programme international majeur d'observations de très jeunes étoiles, auquel participent des scientifiques de l'Université de Toulouse et du CNRS, a livré ses premières conclusions. Les données recueillies par le réseau de radiotélescopes ALMA, situé au Chili, ont permis d'identifier des molécules et leurs traces dans des zones où leur présence était jugée improbable.
Ces découvertes, détaillées dans une série de sept articles publiés dans Astronomy & Astrophysics le 7 octobre, visent à élucider les origines des variations de composition chimique observées entre les protoétoiles. La question centrale de la composition des étoiles en cours de formation est au cœur du programme international COMPASS (Complex organic molecules in protostars with ALMA spectral surveys).
L'équipe de recherche, incluant des scientifiques de l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP-OMP, CNES/CNRS/UT) et de l'Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (IPAG, CNRS/UGA), a utilisé ALMA pour observer onze protoétoiles analogues au Soleil. Ces objets, représentant d'immenses masses de gaz et de matière en agrégation sur des périodes allant de centaines de milliers à plusieurs millions d'années, couvrent différents stades évolutifs et proviennent d'environnements variés.
La résolution exceptionnelle d'ALMA a permis d'analyser les régions internes de ces systèmes, à des échelles comparables à celles du Système solaire naissant. Les relevés spectraux réalisés offrent un double avantage : un recensement précis des molécules présentes et une détermination plus fiable de leurs abondances.
Un résultat marquant concerne la deutération du méthanol (CH₃OH), étudiée dans deux protoétoiles. « Les données d’ALMA nous ont permis de détecter de nombreuses formes deutérées du méthanol », explique Audrey Coutens, astronome adjointe à l'IRAP et co-responsable du projet COMPASS. « Ceci met en évidence l’efficacité du fractionnement chimique en deutérium dans ces environnements. La première détection de méthanol entièrement deutéré (CD₃OD) dans l’une des protoétoiles apparaît particulièrement remarquable. »
La présence de CD₃OD, une espèce censée être très rare en raison de la faible abondance cosmique du deutérium, suggère que les réactions chimiques à la surface des grains de glace interstellaires peuvent efficacement former des molécules organiques fortement deutérées à très basse température. Ce phénomène pose un défi aux modèles chimiques actuels.
Par ailleurs, une raie maser du méthanol a été détectée dans plus de la moitié des sources étudiées. « Ces émissions maser, que l’on peut considérer comme des « balises » radio naturelles, sont produites par certaines molécules lorsqu’elles sont excitées par des ondes de choc dans le gaz qui forme les étoiles », précise Sébastien Maret, chargé de recherches CNRS à l'IPAG. « Elles sont communes autour d’étoiles massives en cours de formation, mais on pensait jusqu’à présent qu’elles étaient rares autour de protoétoiles de type solaire. » Les nouvelles observations indiquent qu'elles pourraient être plus fréquentes, notamment dans les protoétoiles les plus jeunes.
Ces premiers résultats marquent une étape importante. L'exploitation complète des données COMPASS se poursuivra pour analyser toutes les espèces détectées et les onze sources, afin de déterminer si l'origine des variations de composition chimique entre protoétoiles est liée à l'environnement ou à l'évolution stellaire.
