Composition du milieu interstellaire
L’étude du milieu interstellaire occupe une place importante en astrophysique. Ce milieu, riche de tout ce qui est situé entre les étoiles où règnent des conditions physiques très particulières, joue un rôle fondamental dans la formation de nouveaux astres, la formation et l’évolution des galaxies.
Le rayonnement infrarouge (IR) qui occupe dans le spectre électromagnétique les longueurs d’onde entre 2 et 200 microns, est situé entre le visible et les ondes radio. L’infrarouge est le domaine d’émission des « corps froids », il apporte une contribution essentielle à la connaissance des milieux interstellaires. Ces derniers sont composés de nuages de gaz et de grains de matière, au sein desquels se forment les étoiles et les planètes.
Ces nuages n’émettent aucune lumière visible, mais « chauffés » par de nouveaux astres en formation, ils peuvent, grâce aux rayonnements IR qu’ils dégagent, être repérés.
ISOCAM a obtenu de belles images de nuages interstellaires dans de nombreux sites de la Galaxie et en utilisant ses capacités spectrales pour décomposer les émissions des grains en fonction de leurs longueurs d’onde, elle a pu établir leur origine.
C’est ainsi que la caméra IR d’ISO a détecté d’importantes quantités de grains et de grosses molécules organiques, principalement constitués de carbone et d’hydrogène, communément appelés « hydrocarbures » (comparables à des gouttes de suie). Ceux-ci, en rapport direct avec l’histoire du système solaire et de la Terre, apparaissent aussi dans les météorites et l’environnement des comètes (analysé en 1986, lors de la mission Giotto de I’ESA vers la comète de HaIIey).
Un premier résultat frappant apporté par ISOCAM est l’omniprésence de bandes de fréquence IR à : 6,2 – 7,7 – 8,6 et 11,3 microns. Si les matériaux porteurs de ces bandes ne sont pas encore clairement identifiés, leur origine physique est précise : il s’agit de torsion et d’élongation des liaisons carbone-hydrogène (C-H) ou carbone-carbone (C-C) dans de grosses molécules ou des grains de poussières interstellaires.
Déjà observées depuis le sol dans des nébuleuses planétaires (couches externes éjectées d’une étoile en fin de vie), ces bandes de fréquence ont pu être détectées grâce à la capacité de spectro-imagerie d’ISOCAM dans une très large variété d’obiets. En plus des nébuleuses planétaires citées et autres enveloppes circumstellaires, on les retrouve dans les nuages froids (cirrus) de notre Galaxie et il s’agit, en l’occurrence, de la première mise en évidence de telles bandes dans ces nuages. On les repère également aux interfaces entre les régions ionisées par les étoiles massives et les nuages moléculaires et à plus grande échelle, dans le milieu interstellaire des galaxies spirales, les régions de « flambée stellaire » des galaxies en interaction, et jusqu’aux galaxies elliptiques pourtant peu fournies en matière interstellaire. Un environnement aussi varié laisse supposer que les matériaux porteurs de ces bandes de fréquence doivent être à la fois simples à synthétiser et résistants au rayonnement interstellaire. Par ailleurs, l’absence de ces bandes relevée par ISOCAM, notamment autour de la galaxie active CENTAURUS A et dans la région N66 du petit nuage de Magellan, montre qu’ils ne résistent pas aux forts champs de rayonnements.
II faut rappeler que c’est grâce aux composés carbonés que l’univers est capable d’entretenir la vie. Une émission dans I’IR aux environs de 12 microns avait été déjà observée par le satellite IRAS (prédécesseur d’ISO) dans la Voie Lactée et d’autres galaxies, émission dont on ne pouvait deviner l’origine.
ISOCAM a démontré qu’il s’agit « d’hydrocarbures » complexes qui apparaissent de façon plus évidente à la surface extérieure des nuages de gaz et de poussières, et peuvent donner des indications précieuses sur les conditions physiques qui y règnent.
Toujours sur la nature des grains interstellaires, ISOCAM apporte de précieux renseignements sur ceux qui baignent notre système solaire et qui est responsable de la lumiere zodiacale (le nuage zodiacal est ce qu’il reste du disque d’accrétion de la formation du soleil. Ce nuage réfléchit et réémet la lumière solaire). Un spectre complet de cette lumière zodiacale, dans une bande de fréquence de 5 à 16 microns, permet de conclure que les grains qui émettent cette lumière sont essentiellement composés de silicates.
Les minéraux siliceux (comme le sable des plages) sont les principaux constituants du globe terrestre et ont déjà été détectés, dans divers astres, par les télescopes au sol travaillant en IR. II semblerait que l’oxyde de silicium soit très répandu dans notre galaxie, soit sous forme non cristalline (amorphe), soit sous une forme pouvant être cristallisée, sans doute à l’origine du processus de formation de planètes.