L'eau est une partie essentielle de la vie sur Terre, et peut-être ailleurs – et maintenant nous savons qu'elle a peut-être formé peu de temps après le début de l'univers
L'eau est née à la suite d'étoiles qui explosent
Les premières molécules d'eau n'ont peut-être formé que 100 à 200 millions d'années après le Big Bang – avant même les premières galaxies – en lançant un processus qui a conduit à la vie sur Terre… et peut-être ailleurs.
Peu de temps après le Big Bang, la majeure partie de la question de l'univers était de l'hydrogène et de l'hélium, avec seulement des traces d'autres éléments plus légers, comme le lithium. Des éléments plus lourds comme l'oxygène n'existaient pas encore, ce qui rend impossible la formation de l'eau.
Ces éléments initiaux se sont réunis dans les premières étoiles, qui ont ensuite produit des éléments plus lourds par la fusion nucléaire, notamment, surtout, de l'oxygène. Lorsque ces étoiles ont atteint la fin de leur vie, elles ont explosé comme des supernovae, libérant ces éléments plus lourds et permettant à l'oxygène de se mélanger et de se combiner avec l'hydrogène préexistant pour créer H2O – Eau.
Des recherches antérieures ont montré que même les quantités relativement faibles d'oxygène produites dans les premières étoiles auraient pu fabriquer des molécules d'eau, mais jusqu'à présent, personne n'avait simulé ce qui se passerait lorsqu'une étoile primordiale est allée surnova et et comment les éléments qu'il a libérés se mélangerait avec l'environnement cosmologique dans lequel l'étoile s'est formée, dit Daniel Whalen à l'Université de Portsmouth au Royaume-Uni. «Pour faire rien de moins, vous ne savez vraiment pas ce qui se passe», dit-il.
Pour enquêter, Whalen et son équipe ont utilisé des modèles informatiques pour simuler la naissance et la mort des premières étoiles dans un contexte réaliste. On pense que ces premières étoiles ont varié de 13 fois aussi massive que le soleil à 200 fois aussi massive, de sorte que les chercheurs ont modélisé les deux extrêmes.
Comme vous pouvez vous y attendre, les plus grandes étoiles ont craché plus d'oxygène, et ont donc produit plus d'eau, sous forme de nuages de vapeur sur la masse de Jupiter, tandis que les plus petites étoiles ont produit une masse d'eau terrestre, explique Whalen.
Selon la masse de l'étoile, les chercheurs ont constaté que l'eau avait pris entre 3 millions et 90 millions d'années pour se former après les explosions des supernovae, ce qui signifie que les premières molécules d'eau ont formé 100 à 200 millions d'années après le Big Bang.
Surtout, cependant, l'équipe a constaté que cette eau ne se diffuse pas tout simplement dans le cosmos. Au lieu de cela, la gravité l'a provoqué et d'autres éléments lourds produits par les premières étoiles à regrouper. Cela signifiait à son tour que ces touffes étaient le terrain de reproduction de la deuxième génération d'étoiles, et peut-être les premières planètes. «Ce fut un résultat énorme», explique Whalen.
«Cette idée que l'eau s'est formée avant même les galaxies renverse essentiellement des décennies de réflexion lorsque la vie aurait pu émerger dans l'univers», explique Whalen. Le membre de l'équipe Muhammad Latif à l'Université des Émirats arabes unis affirme que les chercheurs prévoient désormais de simuler si la vapeur d'eau pourrait survivre à la destruction et au rayonnement sévère de la formation des premières galaxies, ce qui signifie que ces premières molécules peuvent encore exister – potentiellement même sur terre – aujourd'hui.
«La chimie de la vie telle que nous le connaissons nécessite de l'eau liquide et que vous ne pouvez obtenir que sur une planète ou un objet qui a une surface avec une atmosphère», explique Avi Loeb à l'Université Harvard. Beaucoup de temps se serait écoulé avant que cette première vapeur se soit condensée dans l'eau liquide, mais la recherche de stars de deuxième génération – et leurs planètes – en utilisant des instruments comme le télescope spatial James Webb nous aidera à comprendre davantage ce processus et si ces planètes auraient pu être habitables des millions d'années après le Big Bang, dit-il.
