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De la formamide, une molécule clé dans l’apparition de la vie, détectée au voisinage d’un soleil en formation

Une équipe composée de chercheurs de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble [1] (IPAG - CNRS/UJF) et de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP - CNRS/U.Toulouse) vient d’annoncer la présence de la formamide dans le gaz qui entoure IRAS 16293-2422, une étoile analogue à notre Soleil, en formation dans la nébuleuse de Rho Ophiuci [2]. Cette découverte, publiée le 16 janvier 2013 dans la revue internationale Astrophysical Journal Letter [3], pourrait marquer une étape importante dans la compréhension de l’origine de la vie sur Terre suite à la constitution de notre système solaire.

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La nébuleuse de Rho Ophiuci
Le nuage Rho Ophuici, à quelques 400 années lumière du système solaire, est une vraie pépinière d’étoiles. Cette image de l’émission infrarouge de la région montre (en fausses couleurs) les vastes nuages de gaz à partir desquels se forment les étoiles, ainsi que de très nombreuses étoiles en cours formation ou déjà arrivées à maturité. Le petit point rouge à l’extrémité de la flèche est la jeune étoile de type solaire IRAS16293-2422, repérable grâce à l’émission infrarouge du cocon de poussière et de gaz dans lequel elle est encore enfouie.
© NASA, JPL-Caltech, WISE Team

Comprendre l’origine de la vie sur Terre est un des défis majeurs de la science moderne. La réponse à cette question nécessite la résolution de multiples énigmes. Nombre d’entre elles ont un point commun : la chimie. Quel mécanisme chimique fondamental a conduit des atomes créés dans les étoiles jusqu’aux molécules du vivant ? Quel a été le facteur décisif : métabolique, pour assurer la conversion d’énergie, ou génétique, pour permettre le passage d’informations ? Ou les deux ? Existe-t-il une molécule, qui pourrait répondre à ces deux questions ? De récents travaux de biochimie proposent que la molécule de formamide, NH2CHO, soit le point de départ commun de la synthèse prébiotique de molécules tant métaboliques que génétiques : acides aminés, sucres, acides nucléiques, acides carboxyliques...

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Radiotélescope de 30m de l’IRAM en Espagne
Le radio télescope de 30m de diamètre de l’IRAM est situé à 2850m d’altitude au Pico Veleta dans la Sierra Nevada, au sud de l’Espagne. Placé sous la responsabilité d’un institut franco-allemand-espagnol, c’est l’un des radio télescopes les plus grands et les plus sensibles du monde dans le domaine des ondes radio millimétriques. Depuis 1984, de nombreuses molécules extraterrestres ont été découvertes grâce aux observations réalisées avec cet instrument. © C. Kahane, IPAG-OSUG

Dans ce contexte, il est possible que la découverte de la formamide dans l’environnement d’une étoile de type solaire en formation, marque une nouvelle étape de notre compréhension du développement de la complexité chimique dans l’histoire du Soleil et du système solaire. D’où l’importance de la détection faite par des chercheurs grenoblois et toulousains de raies de formamide dans le spectre radio émis par le gaz qui entoure une étoile analogue à notre Soleil, IRAS 16293-2422, en formation dans la nébuleuse de Rho Ophiuci. Leurs observations ont été obtenues grâce aux nouveaux récepteurs spectraux installés sur le télescope de 30m de l’Institut franco-allemand-espagnol de radio-astronomie millimétrique : IRAM (CNRS), situé à près de 3000m d’altitude sur la Sierra Nevada, dans le sud de l’Espagne.

L’analyse des milliers de raies moléculaires émises par le gaz qui environne IRAS 16293-2422 et la comparaison très soigneuse de ces données astrophysiques aux spectres de molécules terrestres observées en laboratoire ont permis à l’équipe française de détecter et d’identifier 39 raies provenant de l’émission de la molécule formamide.

Grâce à sa proximité de la Terre (400 annnées-lumière), la source IRAS 16293-2422 est facile à observer. Depuis près de 30 ans, elle est considérée comme le prototype des étoiles de type solaire en formation et elle a donc donné lieu à de nombreux travaux d’observation et de modélisation, en particulier avec les instruments de l’IRAM, le satellite Herschel et, tout récemment, avec le très grand interféromètre international ALMA. Grâce aux études déjà effectuées, qui permettent notamment de connaître la taille du cocon de gaz responsable de l’émission observée, il a ainsi été possible de déduire l’abondance de la molécule, en comparant les raies observées à celles que prédit un modèle de l’émission de la molécule.

Jusqu’ici, la formamide n’avait été détectée que dans deux objets extérieurs au système solaire, les nuages d’Orion et de Sagittarius B2. Ces deux sources sont bien connues pour former des étoiles massives émettrices de rayonnements ultraviolet et X ; les modèles de chimie attribuaient ainsi les mécanismes de formation de la formamide interstellaire à la présence de ces rayonnements énergétiques, dans un environnement bien différent de celui qu’a connu le Soleil lors de sa formation. Que la formamide apparaisse aussi abondante au voisinage d’IRAS 16293-2422 que dans les régions fortement irradiées conduit donc à réviser le scénario de formation de cette molécule.

Plus intéressante encore, une comparaison des abondances de la formamide et de l’eau, molécule essentielle à la vie, dans l’environnement d’IRAS 16293-2422 avec les abondances mesurées dans le halo de la comète Hale-Bopp, fournit des rapports analogues dans les deux sources, ce qui pourrait indiquer une parenté entre la chimie qui se déroule actuellement dans l’environnement d’IRAS 16293-2422 et celle qu’a connu notre système solaire pendant sa formation.

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La molécule de formamide ... une pièce importante du puzzle pré biotique ?
La molécule de formamide, NH2CHO est le plus simple des amides, c’est à dire des molécules possédant un atome d’azote N, lié au groupement carbonyle C=O. Les amides constituent une famille importante pour la biochimie, parce qu’ils sont responsables de la liaison peptidique entre les différents acides aminés qui forment les protéines. La détection de la formamide au voisinage d’un Soleil en formation pourrait ainsi représenter une pièce importante du puzzle de la chimie prébiotique.

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Spectres de la formamide émis par le gaz environnant IRAS 16293-2422
Quelques raies de la formamide observées avec le 30m de l’IRAM dans l’environnement de la jeune étoile de type solaire, IRAS16293-2422. Le tracé rouge correspond au modèle, qui permet de déterminer l’abondance de la formamide. Plusieurs spectres montrent aussi des raies émises par d’autres molécules de type organique, nombreuses dans les régions de formation d’étoiles (CH3OCHO, CH3CHO, C2H5OH) ; on peut également noter la présence de molécules deutérées, c’est à dire comportant un atome de deutérium, D, à la place d’un atome d’hydrogène, H, (DC3N, DCOOCH3). Il s’agit d’une caractéristique de l’environnement des jeunes étoiles de type solaire et c’est l’un des fils d’Ariane permettant d’espérer comprendre l’évolution chimique, qui a conduit jusqu’aux molécules organiques terrestres.

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Abondances de la formamide et de l’eau dans trois types d’environnement
La figure de gauche montre l’abondance de la formamide par rapport à celle de la molécule interstellaire la plus simple et la plus abondante, le dihydrogène H2. La formamide apparaît aussi abondante au voisinage de l’étoile de type solaire IRAS 16293-2422 que dans les environnement beaucoup plus irradiés des régions Sagittarius B2 et Orion, ce qui laisse à penser que les rayonnements énergétiques jouent peu de rôle dans la formation de cette molécule. La figure de droite montre la similarité de l’abondance de la formamide comparée à celle de la « molécule du vivant » par excellence, l’eau, dans trois types d’environnement : 2 régions de formation d’étoiles massives, Sagittarius B2 et Orion, une étoile de type solaire en formation, IRAS 16293-2422 et le halo de la comète Hale-Bopp, témoin de la composition chimique du jeune système solaire.

Contacts

Référence

Detection of formamide, the simplest but crucial amide, in a solar-type protostar, C. Kahane, C. Ceccarelli, A. Faure, and E. Caux, The Astrophysical Journal Letter, 16 janvier 2013.


[1] L’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG) fait partie de l’OSUG, Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble.

[2] Dans la constellation du Serpentaire.

[3] ApJ 763, L38


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