A la recherche de molécules complexes dans la nébuleuse d’Orion

Les étoiles se forment dans d’immenses nuages de gaz, dans lesquels près de 200 molécules, dont une majorité de molécules carbonées, ont déjà été détectées grâce à leur signature spectrale. La question sur laquelle nous travaillons est de savoir jusqu’où va la complexité chimique dans le milieu interstellaire ? Peut-on même trouver dans ces nuages des molécules qui pourraient être à l’origine de la vie sur Terre voir ailleurs dans l’espace ?

Figure 1 : Spectre synthétique (en rouge) de la molécule d’éthylène glycol superposé au spectre observé (en noir) dans la région d’Orion-KL avec l’interféromètre ALMA (photo sous le spectre). La confusion spectrale rend difficile l’identification des molécules.

Le milieu interstellaire est en effet une source potentielle de molécules prébiotiques pour les planètes récemment formées -via les petits corps : comètes et astéroïdes. Une corrélation au premier ordre est observée entre les glaces cométaires et certaines sources interstellaires. Cependant, une molécule comme l’éthylène glycol interroge cette corrélation car c’est une espèce très abondante dans les comètes, alors que sa détection dans le milieu interstellaire a été difficile et les abondances mesurées bien inférieures.

Nous nous intéressons ainsi à la nébuleuse d’Orion, qui est la région de formation d’étoiles massives et d’étoiles de faibles masses la plus proche de nous, à environ 1300 années lumière. La région d’Orion Kleiman-Low (KL) est connue pour sa richesse en molécules mais celle-ci rend difficile l’analyse des spectres car les raies se chevauchent. Des observations à haute résolution spatiale montrent clairement une répartition spatiale différente entre les espèces chimiques, en particulier entre les espèces azotées et oxygénées, et permettent ainsi de réduire en partie le problème de la confusion spectrale.

Figure 2 : Cartographie de l’émission de quatre molécules complexes oxygénées dans la région d’Orion-KL au cœur de la nébuleuse d’Orion : le formiate de méthyle (HCOOCH3), le diméthyle éther (CH3OCH3), l’éthylène glycol ((CH2OH)2) et l’acétone (CH3COCH3).

Nous utilisons des observations réalisées avec les grands interféromètres, comme l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) au Chili (voir Figure 1) et celui de l’Institut de RadioAstronomie Millimétrique (IRAM) sur le Plateau de Bure en France, qui permettent d’étudier à petite échelle, à savoir quelques fois la taille du système solaire, les zones et modes de production des molécules organiques complexes. Les données de vérification scientifique de l’interféromètre ALMA, avec une largeur de bande spectrale de 33 GHz, permettent de disposer de nombreuses transitions pour étudier les molécules complexes, la confusion spectrale nécessitant l’analyse de plusieurs dizaines voire centaines de transitions (voir Figure 1). Un axe de nos recherches est de développer des méthodes statistiques pour permettre l’identification de ces molécules malgré la confusion.

Nous avons commencé par étudier une molécule carbonée abondante, le formiate de méthyle HCOOCH3, pour déterminer les conditions physiques et chimiques des différentes concentrations moléculaires identifiées dans la région d’Orion-KL (Favre et al. 2011). L’analyse de nos données de l’interféromètre de l’IRAM a montré une remarquable similitude à petite échelle entre les distributions du formiate de méthyle et le diméthyle éther, CH3OCH3 (Brouillet et al. 2013) ; un précurseur commun à la formation de ces molécules est la plus simple explication pour cette corrélation. Nous avons aussi montré que l’acétone, CH3COCH3, qui est une molécule oxygénée, a une distribution très différente de celle des autres molécules oxygénées et même similaire à celle des molécules azotées telles que l’ammoniac NH3 (Peng et al. 2013). Les données de vérification scientifique d’ALMA nous ont permis de détecter l’éthylène glycol, (CH2OH)2, pour la première fois dans Orion-KL (Brouillet et al. 2015), avec une abondance relative similaire à celle trouvée dans la région du centre galactique, SgrB2, et confirmant ainsi la faible abondance dans le milieu interstellaire par rapport aux comètes. Nous venons enfin de détecter le méthoxyméthanol, CH3OCH2OH, pour la première fois dans Orion-KL, et la différenciation spatiale observée entre les différentes espèces oxygénées complexes permet de mettre des contraintes sur la formation de ces espèces (Tercero et al. 2018). Une cartographie de l’émission des quatre molécules citées précédemment est représentée Figure 2.


Contacts au LAB :
N. Brouillet et D. Despois, équipe Formation stellaire (FS).
Pour en savoir plus : Favre et al. 2011
                                     Brouillet et al. 2013
                                     Peng et al. 2013
                                     Brouillet et al. 2015
                                     Tercero et al. 2018