Nous n'en avons pas forcement conscience, car la vie sur Terre nous paraît une évidence, mais les conditions qui règnent dans le Cosmos sont bien peu propices à l'homme et à la vie en générale. Non seulement les vastes espaces interstellaires sont caractérisés par des températures glaciales, souvent proches du zéro absolu, mais ils sont également traversés par toutes sortes de radiations et de rayonnements dangereux pour notre espèce. Et que dire des explosions cataclysmiques d'étoiles en supernova ou des collisions dantesques de trous noirs qui dégagent des quantités d'énergie inimaginables sur des distances colossales. Pourtant, de manière tout à fait étonnante, pour ne pas dire miraculeuse, il semblerait que l'apparition d'une complexité chimique, puis biologique, soit non seulement possible dans cet univers globalement hostile mais puisse même être favorisée par des phénomènes d'une extrême violence.
En juin 2023, des astrophysiciens ont utilisé les instruments du télescope spatial James Webb pour observer dans l'infrarouge une galaxie ayant subi un puissant effet lentille gravitationnelle permettant de l'observer telle qu'elle était il y a 12 milliards d'années. De manière inattendue, ces scientifiques ont détecté dans cette galaxie primitive, nommée SPT0418-47, la signature spectrale correspondant à la présence de nombreuses molécules organiques, notamment des hydrocarbures aromatiques polyclycliques (HAP) que l'on trouve sur Terre dans les suies et la fumée résultant de la combustion du charbon et du pétrole. Le fait que ces HAP existaient déjà dans SPT0418-47 indique donc une production d'étoiles et de molécules organiques précoces dans cette très ancienne galaxie et accrédite la thèse selon laquelle la vie organique aurait pu se former peu de temps après la naissance de l'Univers et qu'elle aurait également pu apparaître dans notre Voie lactée avant la naissance du Soleil (Voir Nature).
Toujours en 2023, des chercheurs ont observé le système stellaire IC 348, situé dans le complexe de nuages moléculaires de Persée, et les données spectroscopiques recueillies leur ont permis d'identifier les raies produites par le tryptophane, un des 20 acides aminés présents chez l'homme. Susana Iglesias-Groth, Professeure en astrophysique à l’Institut des Canaries, a récemment détecté dans la même région des preuves de la présence d’autres molécules telles que l’eau (H20), le dioxyde de carbone (CO2), cyanure d’hydrogène (HCN), acétylène (C2H), benzène (C6H6), hydrocarbures aromatiques polycycliques et fullerènes, entre autres. Cette découverte est majeure car le tryptophane, malgré des décennies de recherche, n’a jamais été détecté dans le milieu interstellaire. Nous savons à présent que les acides aminés, éléments constitutifs des protéines, sont bien présents dans les disques protoplanétaires et les atmosphères des jeunes exoplanètes nouvellement formées et peuvent favoriser l’émergence de la vie. « La découverte du tryptophane et, espérons-le, d’autres acides aminés dans le futur, pourrait indiquer que les agents de construction des protéines, essentiels au développement des organismes vivants, existent naturellement dans les régions où se forment les étoiles et les systèmes planétaires, et que la vie est peut-être plus fréquente dans notre Galaxie que ce que nous aurions pu prédire », souligne la Professeure Iglesias-Groth.
Il y a quelques semaines, en mesurant la composition de glaces interstellaires dans une région particulièrement froide d'un vaste nuage moléculaire interstellaire, le télescope spatial James Webb (JWST) a détecté de nombreuses briques nécessaires pour la formation d'eau et de molécules complexes comme les sucres, les alcools et des acides aminés. Dans cette étude à laquelle ont participé le CNRS, le PIIM (Laboratoire physique des interactions ioniques et moléculaires) et l'ISMO (Institut des sciences moléculaires d'Orsay), les chercheurs ont étudié Chameleon I, une région située à 600 années-lumière de la Terre, dans laquelle se forment actuellement des dizaines d'étoiles. Ce nuage moléculaire a la particularité de contenir à la fois des espaces de gaz chauds et d'autres régions extrêmement froides. En se focalisant sur une région particulièrement froide, dont la température est de – 263 degrés, à seulement 10 degrés du zéro absolu, ces scientifiques ont identifié de nombreuses particules et des poussières gelées contenant un large panel de molécules, ou un éventail de molécules, allant des plus simples (méthane, acide formique, dioxyde de soufre et formaldéhyde) aux plus complexes (acétaldéhyde, éthanol, formiate de méthyle, acide acétique) (Voir NASA).
Selon Will Rocha, astronome à l’observatoire de Leiden qui a contribué à cette découverte, « Cela pourrait signifier que la présence de molécules prébiotiques complexes dans les systèmes planétaires est un résultat commun dans la formation d’étoiles et pas une caractéristique unique de notre propre système solaire ». Il semblerait donc bien, selon ces travaux, que notre Univers regorge de molécules plus ou moins complexes, qui sont autant de briques élémentaires nécessaires à la vie. Ces composants pourraient ensuite venir “ensemencer” les planètes en formation par les astéroïdes et comètes qui viennent les frapper, ce qui favoriserait et provoquerait l'apparition de la vie qui pourrait bien être un phénomène plutôt répandu dans l'Univers...
Il y a quelques jours, Une étude récente dirigée par John R. Ellis du Kings College de Londres a dévoilé un lien inattendu entre l’existence humaine et les ondes gravitationnelles, ces vibrations qui déforment la texture même de l’espace-temps. Les éléments fondamentaux qui composent les êtres humains, tels que l’hydrogène, se sont formés peu de temps après le Big Bang, lors des premières phases de l’expansion cosmique. Les réactions nucléaires dans les étoiles, principalement dans les processus de fusion thermonucléaire, ont ensuite produit du carbone et de l’oxygène. Après avoir été produits au cœur des étoiles grâce à la fusion thermonucléaire, ces éléments ont été dispersés dans l’Univers sous l'effet des énormes explosions de supernovae. Reste que certains éléments, indispensables aux processus biologiques, ne sont pas produits dans ces processus stellaires. C’est par exemple le cas de l’iode et du brome qui se formeraient lors de collisions violentes entre des étoiles à neutrons. Ce type très particulier et incroyablement dense d'étoiles, de seulement quelques km de diamètre, peuvent parfois former des "couples", qui orbitent l’une autour de l’autre en raison de leur gravité mutuelle. Elles vont alors émettre de puissantes ondes gravitationnelles qui vont se propager dans l’espace-temps. De récentes études ont montré que l’énergie perdue sous forme d’ondes gravitationnelles entraîne un rapprochement progressif des étoiles à neutrons, qui finissent par entrer en collision. Ce phénomène va alors libérer une quantité colossale d’énergie et amorcer des réactions nucléaires produisant des éléments chimiques plus lourds que ceux produits dans les étoiles ordinaires.
Or, parmi ces éléments, on trouve l’iode et le brome, indispensables à la vie sur Terre. L’iode est notamment présent dans les hormones thyroïdiennes, tandis que le brome participe à la structure et à la croissance des tissus. Cette étude forme l’hypothèse étonnante que les ondes gravitationnelles, en induisant le rapprochement et la collision de ces étoiles à neutrons, pourraient jouer un rôle déterminant dans la synthèse de certains éléments lourds essentiels au développement des humains. Cette hypothèse s'est trouvée confortée en 2017, quand des chercheurs ont observé qu'un signal d’ondes gravitationnelles (GW170817), provenant de la fusion de deux étoiles à neutrons, avait effectivement produit des éléments lourds, comme l’iode. Ces recherches montrent donc que les ondes gravitationnelles, un phénomène extrêmement puissant qui participe à la structure de l'Univers, pourraient avoir rendu la vie humaine possible (Voir Arxiv).
Cette découverte troublante est à relier à une autre observation, tout aussi fascinante : en 2007, une équipe internationale de recherche, dirigée par Yair Krongold de l'université de Mexico et associant notamment des chercheurs du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, a découvert, en utilisant les observations du satellite XMM Newton, que les trous noirs possédaient la particularité de contribuer, via des flux de gaz interstellaire, à la nucléosynthèse primordiale, processus par lequel les étoiles fabriquent les éléments chimiques (carbone, oxygène, azote) indispensables à l’apparition de la vie.
La galaxie NGC 4051 possède un trou noir central supermassif. En l'étudiant avec le satellite de l’ESA XMM Newton, les chercheurs du Centre d'Astrophysique d' Harvard ont constaté qu'un flux de gaz, riche en éléments lourds, comme l'oxygène, l'azote et le carbone, s'échappait à grande vitesse (jusqu’à trois millions de km/heure) en direction de l'espace intergalactique. Or, la production en quantité suffisante de ces éléments lourds est l'une des conditions nécessaires (mais non suffisante) à l'apparition de la vie et des premières cellules vivantes. Il semblerait donc qu'en favorisant la dispersion en grande quantité et sur d'immenses distances cosmiques de ces éléments, les trous noirs géants aient contribué, peut-être de manière décisive, à produire les conditions physico-chimiques indispensables à la naissance du vivant.
Evoquons enfin le rôle longtemps sous-estimé des flux ou "vents galactiques"qui permettent des échanges de matière entre les galaxies et leur environnement extérieur. Ils régulent ainsi leur croissance, notamment avec leur taux de formation d'étoiles. Bien que déjà observé dans l’Univers local, une équipe de recherche internationale dirigée par Nicolas Bouché (Centre de Recherche Astrophysique de Lyon), du CNRS a montré en décembre dernier que ce phénomène encore mal connu est à l’œuvre dans les galaxies âgées de plus de sept milliards d’années formant activement des étoiles, soit la plupart des galaxies. Ces résultats remarquables obtenus grâce à l'outil Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) du Very Large Telescope de l’ESO, processus universel d'une très grande ampleur (Voir Nature). Ces vents, distincts de ceux produits par certain trous noirs, résultent de l’explosion des étoiles massives. En raison de leur faible densité, ils sont très difficiles à observer. Mais les scientifiques ont réussi cet exploit en combinant des images d’une centaine de galaxies. Alimentés par des supernovæ, ces "vents" ou flux galactiques, joueraient un rôle essentiel dans l’évolution des galaxies, dans la formation de nouvelles étoiles et dans la redistribution à grande échelle des éléments et atomes nécessaires à la constitution des molécules organiques, briques élémentaires de la vie.
C'est dans ce nouveau contexte scientifique qu'une équipe pluridisciplinaire de chercheurs américains, rassemblant des astrobiologistes, des philosophes des sciences, des physiciens et des mathématiciens, ont proposé, en novembre dernier, une nouvelle approche qui postule que notre Univers tout entier serait assimilable à un vaste organisme qui tendrait à évoluer et se complexifier, à partir de trois fonctions fondamentales (Voir PNAS). La première concernerait la stabilité, la capacité des structures et molécules à perdurer dans le temps. La deuxième fonction universelle concerne la permanence des processus actifs qui permettent l'évolution, ou persistance dynamique. Enfin, la troisième concerne l'aptitude des systèmes à produire de la nouveauté et à explorer de nouvelles configurations qui vont parfois permettre l'émergence de propriétés surprenantes, comme la photosynthèse. « Nous conjecturons que la sélection basée sur la persistance statique, la persistance dynamique et la génération de nouveautés est un processus universel qui aboutit à des systèmes dotés d'informations fonctionnelles accrues », souligne l'étude.
Dans ce nouveau cadre conceptuel, l'Univers apparaît sous un angle nouveau et semble être gouverné par des lois et une force qui le conduisent à pouvoir évoluer, dans une dynamique foisonnante, qui laisse une large place au hasard, vers des systèmes de plus en plus structurés, divers et complexes, jusqu'à l'émergence de la vie, puis de la conscience. Toute la question, mais pourra-t-elle jamais être tranchée par la science, est de savoir si cette extraordinaire émergence d'une vie consciente d'elle même, au sein d'un Cosmos violent, chaotique et hostile, était simplement possible, probable ou... inévitable...
René TRÉGOUËT
Sénateur honoraire
Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
e-mail : tregouet@gmail.com
