Les poussières interstellaires
Après l’apparition des éléments lourds, la complexification de la matière va se faire au niveau atomique ou moléculaire plutôt que nucléaire. Pour que cette évolution puisse se produire, deux conditions essentielles doivent être remplies. D’abord, pour créer des composés complexes, il faut une densité de matière élevée pour faciliter les rencontres entre atomes, ce qui exclut d’office les espaces interstellaires ou intergalactiques. Ensuite, la température doit être relativement modérée afin que noyaux et électrons restent liés et pour que les atomes eux-mêmes puissent s’associer en structures plus complexes.
Lors des premières générations d’étoiles, de telles conditions n’existent que dans un seul type d’environnement : les couches externes éjectées par les étoiles massives en fin de vie. La densité y est relativement élevée et la température adéquate loin de la surface de l’étoile. C’est à partir de cette matière, riche en éléments lourds nouvellement créés, que des atomes s’agglomèrent pour former des grains minuscules, qui seront ensuite chassés vers le milieu interstellaire.
Ces grains minuscules forment aujourd’hui la poussière interstellaire. Leur taille moyenne est de l’ordre du millionième de mètre, similaire par exemple à la taille des particules de fumée de cigarette. Ils sont généralement constitués d’un noyau solide formé de carbone, d’oxygène, de silicium, de magnésium et de fer. A leur surface on trouve déjà une chimie relativement complexe, avec des molécules simples comme l’eau ou plus élaborées comme les hydrocarbures polycycliques aromatiques.
Les formation des planètes
C’est grâce aux poussières interstellaires que les planètes vont finalement pouvoir se former. Avec l’enrichissement graduel du milieu interstellaire en éléments lourds et en minuscules grains, un nouveau phénomène vient en effet s’associer à la formation des étoiles.
Le nuage de gaz moléculaire qui s’effondre pour former une étoile va maintenant également contenir de la poussière. Ce nuage est généralement en rotation, ce qui permet à une fraction de la matière de ne pas tomber vers le centre, mais de rester en orbite autour de la protoétoile. Cette matière finit par s’aplatir et par donner naissance à un disque dit protoplanétaire.
Dans ce disque, les grains de poussière entrent constamment en collision et, par le jeu des forces gravitationnelle et électromagnétique, s’agglomèrent petit à petit pour former des ensembles de plus en plus gros, dans un processus appelé l’accrétion. Avec le temps, ces corps deviennent d’abord des planétésimaux, avec un diamètre de l’ordre de 10 kilomètres, puis des protoplanètes, et enfin des planètes. Ce processus d’accrétion peut être très rapide à l’échelle de l’Univers. Dans le système solaire, il a probablement donné naissance aux planètes en à peine 200 millions d’années.
L’ascension finale
Avec la formation des planètes s’achève l’histoire de la matière telle que l’astronomie peut l’écrire. L’Univers a maintenant à sa disposition un creuset où atomes et molécules se trouvent dans des conditions de densité et de température adéquates pour l’ascension finale vers la complexité.
Ce sera surtout le cas des planètes nées à une distance idéale de leur étoile, comme par exemple la Terre. En particulier, une atmosphère pourra se former par dégazage des roches et donnera naissance par précipitations à des étendues d’eau liquide. Toutes les conditions seront réunies pour que les réactions chimiques conduisent à des composés de plus en plus complexes et finalement aux molécules de la vie.
Mis à jour le 13/10/2019 par Olivier Esslinger