Le télescope James-Webb suggère que la vie aurait pu exister beaucoup plus tôt qu'on ne le pensait

Lorsque la radioactivité a été découverte à la fin du XIX^e siècle, on ne savait encore rien de l'atome et les chimistes avaient abandonné l'idée que l'on puisse transformer des éléments en un autre, en l'occurrence du plomb en or. Mais dans la foulée de Pierre et Marie Curie, le physicienphysicien et chimiste néo-zélandais Ernest RutherfordErnest Rutherford va démontrer que la radioactivité s'accompagne d'une désintégration des éléments chimiques, ce qui lui vaudra le prix Nobel de chimie en 1908.

Il va donc se développer une chimie nucléaire concernant la transformation des éléments qui va déboucher après la Seconde Guerre mondiale sur des développements fulgurants en astrophysiqueastrophysique nucléaire. Il devient alors possible de comprendre dans un premier temps comment les étoilesétoiles se comportent comme des fourneaux alchimiques thermonucléaires capables de faire la nucléosynthèsenucléosynthèse des éléments jusqu'au ferfer à partir des isotopesisotopes d'hydrogènehydrogène, d'héliumhélium et de lithiumlithium, forgés eux par la nucléosynthèse primordiale du Big BangBig Bang.

Une nucléosynthèse stellaire qui fait évoluer les galaxies

Le regretté Hubert Reeves, qui parlait souvent de la nucléosynthèse stellaire et de celle de la naissance de l'UniversUnivers observable, avait précisément commencé sa carrière scientifique dans les années 1950, en plein boom de l'astrophysique nucléaire marquée par un important article publié en 1957 et qui n'exposait rien de moins que la recette suivie par l'Univers pour fabriquer les éléments chimiques dans les étoiles. L'article est célèbre depuis lors pour les astrophysiciensastrophysiciens nucléaires sous le nom de B2FH d'après les initiales de ses auteurs, l'astrophysicienne britannique Margaret Burbidge et son mari Geoffrey Burbidge, en compagnie de Fred Hoyle et du prix Nobel de physiquephysique William Fowler.

Nous savons désormais que le cosmoscosmos est né sans noyaux d'oxygèneoxygène, de carbonecarbone et d'azoteazote, ni de fer, de magnésiummagnésium, de siliciumsilicium, de sodiumsodium et d'aluminiumaluminium. Ces noyaux sont fabriqués au cœur des étoiles qui en explosant en supernovaesupernovae vont les injecter dans le milieu interstellaire dans des nuagesnuages de matièrematière qui, en s'effondrant gravitationnellement, vont donner de nouvelles étoiles, étoiles dont on sait maintenant qu'elles vont en grande majorité s'entourer d'un disque protoplanétairedisque protoplanétaire où vont naître des planètes. Certaines seront rocheuses comme la Terre, à base de silicatessilicates, et des composés carbonés, azotés et oxygénés y ont parfois peut-être fait naître des formes de vie analogues à celles que l'on connaît sur Terre.

Les étoiles se formant dans les galaxiesgalaxies et les faisant évoluer chimiquement, il est donc important pour les exobiologistes cherchant à comprendre l'origine de la place de la vie dans le cosmos observable de tenter d'évaluer quand celui-ci a produit suffisamment de noyaux d'oxygène pour que l'apparition de la vie devienne possible.

Le télescope spatial James-Webbtélescope spatial James-Webb vient d'apporter des éléments de réponse en mesurant plus loin dans le passé et plus précisément la quantité d'oxygène présente dans les étoiles des galaxies, comme l'explique une équipe de chercheurs menée par le Japonais Kimihiko Nakajima du National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) dans un article que l'on peut trouver en accès libre sur arXiv.

Des galaxies aussi riches en oxygène que les actuelles tôt dans le cosmos

Le professeur Masami Ouchi, membre de l'équipe de recherche derrière cet article, explique ainsi dans un communiqué de l'Institut de recherche sur les rayons cosmiquesrayons cosmiques de l'université de Tokyo que « le processus de création et de stockage de l'oxygène dans les galaxies a longtemps intrigué les scientifiques. La découverte d'une augmentation rapide de l'abondance d'oxygène dans l'Univers primitif, il y a environ 13,1 à 13,3 milliards d'années, suggère que la vie dans l'Univers pourrait avoir émergé plus tôt qu'on ne le pensait auparavant ».

Images infrarouges du JWST montrant en fausses couleurs six galaxies de 500 à 700 millions d'années après la naissance de l'Univers. Toutes ont de faibles abondances d’oxygène par rapport aux galaxies modernes. © Nasa, ESA, CSA, K. Nakajima et al.

Le modèle cosmologique standardmodèle cosmologique standard soutenu par les données de la mission Planckmission Planck nous indique que le cosmos observable est âgé d'environ 13,8 milliards d'années. Avant le James-Webb, on ne pouvait guère mesurer les taux d'oxygène dans les galaxies observées plus jeunes que 2 milliards d'années.

Mais le JWST, avec son Near-Infrared Spectrograph (NIRSpecNIRSpec), a permis aux chercheurs japonais de remonter plus loin dans le passé en évaluant les taux de noyaux d'oxygène dans 138 galaxies.

Ils ont constaté qu'entre 500 et 700 millions d'années après le Big Bang, les abondances étaient de la moitié de celles observées dans les galaxies récentes, puis sont comparables. Il y a donc eu une évolution rapide et précoce de la composition chimique des galaxies permettant d'envisager des systèmes planétaires aussi riches en oxygène que le nôtre déjà 700 millions d'années après le Big Bang.