La première génération d'étoiles dans l'univers aurait pu produire des quantités importantes d'eau à mort, à seulement 100 à 200 millions d'années après le Big Bang.
Des signatures d'eau ont déjà été observées environ 780 millions d'années après le Big Bang. Mais maintenant, les simulations informatiques suggèrent que cette condition essentielle à la vie existait bien plus tôt que ce que pensait les astronomes, les chercheurs rapportent le 3 mars Astronomie naturelle.
«La surprise était que les ingrédients de la vie étaient tous en place dans des noyaux de nuages denses [leftover after stellar deaths] Si tôt après le Big Bang », explique l'astrophysicien Daniel Whalen de l'Université de Portsmouth en Angleterre.
L'eau peut être courante aujourd'hui. Mais au début, il y a environ 13,8 milliards d'années, l'univers n'était essentiellement que de l'hydrogène, de l'hélium et un peu de lithium. Il a fallu des étoiles pour faire le repos. Certains éléments de poids moyen, tels que le carbone et l'oxygène, sont fusionnés à l'intérieur des étoiles à mesure qu'ils vieillissent. D'autres sont forgés dans des décès stellaires, tels que les supernovas explosives ou les violentes fusions d'étoiles à neutrons. Cependant, pour que des molécules plus complexes se forment en quantités significatives, des conditions relativement denses et fraîches, idéalement moins de quelques milliers de degrés Celsius, sont nécessaires.
«L'eau est une molécule assez fragile», explique l'astronome Volker Bromm de l'Université du Texas à Austin, qui n'était pas impliqué dans la nouvelle recherche. «Donc, la capture est, avons-nous des conditions qui peuvent la former [very early in the universe]? «
Pour voir s'il aurait pu y avoir de l'eau dans l'univers infantile, Whalen et ses collègues ont dirigé des simulations informatiques de la vie et de la mort de deux stars de la première génération. Parce que les astronomes pensent que les premières étoiles étaient beaucoup plus grandes et avaient une durée de vie plus courte que les étoiles modernes, l'équipe a simulé une étoile avec 13 fois la masse du soleil et 200 fois la masse du soleil. À la fin de leur courte vie, ces géants ont explosé sous forme de supernovas et ont jeté une douche d'éléments, notamment l'oxygène et l'hydrogène.
Les simulations ont montré que lorsque la matière éjectée des Supernovas s'étendait et refroidie, l'oxygène réagissait avec l'hydrogène et le dihydrogène, ou deux atomes d'hydrogène rejoints, pour faire de la vapeur d'eau dans les halos de débris croissants.
Ce processus chimique s'est déroulé lentement, car la densité des atomes dans les régions extérieures des explosions de supernova en expansion était faible. Cette faible densité signifie qu'il était peu probable que deux éléments se réunissent et se connectent à de courtes échelles de temps.
Mais après quelques millions d'années – ou des dizaines de millions d'années dans le cas de la plus petite étoile – les noyaux centraux poussiéreux des restes de supernova avaient suffisamment refroidi pour que l'eau se forme. L'eau a commencé à s'y amasser rapidement car les densités étaient suffisamment élevées pour que les atomes se réunissent.
« [The water’s] Concentration dans des structures denses, c'est pour moi le changeur de jeu », explique Whalen. «La masse totale globale d'eau est formée, ce n'est pas tant. Mais il se concentre vraiment dans les noyaux denses, et les noyaux denses sont les structures les plus intéressantes du reste, car c'est là que de nouvelles étoiles et planètes peuvent se former. »
À la fin des simulations, la plus petite supernova a produit une masse d'eau équivalente à un tiers de la masse totale de la Terre tandis que la plus grande a créé suffisamment d'eau pour égaler 330 Terre. En principe, Whalen dit, si une planète devait se former dans un reste des restes de la supernova plus grande, cela pourrait être un monde de l'eau comme le nôtre.
«Il semble y avoir une indication que l'univers dans son ensemble peut avoir été habitable, si vous le souhaitez, déjà assez tôt», explique Bromm. Mais l'eau ne vous amène pas à la vie, ajoute-t-il. «Alors vous commencez à poser la question, [how early] Pouvez-vous combiner le carbone avec l'hydrogène pour obtenir les molécules de la vie? »
