La molécule CO et Planck

Un peu d’histoire

Le milieu interstellaire est l’espace qui sépare les étoiles dans notre galaxie. Pendant longtemps au XXème siècle, on a cru qu’il était uniquement rempli par un gaz, l’hydrogène, et par de fines particules solides appelées poussières interstellaires. Ces poussières sont principalement composées d’atomes de carbone, d’oxygène, d’azote formés par les précédentes générations d’étoiles. Quelques molécules avaient été détectées en absorption mais on leur conférait un rôle mineur, le rayonnement ultraviolet des étoiles étant jugé trop destructeur pour que ces molécules existent en quantité suffisante pour jouer un rôle notable. Tout a changé lorsque que Penzias, Wilson et Jefferts pointèrent leur télescope radio vers la nébuleuse d’Orion en 1970. Penzias et Wilson n’en étaient pas à leur premier coup de maître puisqu’ils venaient de découvrir le rayonnement fossile quelques années auparavant ! Ici, avec Jefferts, ils ne mesurèrent pas l’émission en continuum mais observèrent le ciel grâce à un nouvel instrument à une fréquence bien définie (115 GHz, soit mille fois la fréquence des postes radio). Ils détectèrent alors une forte raie d’émission caractéristique du monoxyde de carbone, la molécule CO.

Le CO, comment ça “marche” ?

Chaque molécule de CO tourne sur elle-même sous l’effet des chocs avec les molécules avoisinantes. Or, dans un milieu aussi froid que l'espace interstellaire, la mécanique quantique - qui décrit le comportement du monde microscopique - prédit que les changements d’énergie résultant de ces chocs ne se font pas continument mais par des valeurs bien précises. En particulier, quand la molécule tourne lentement sur elle-même, les chocs lui font souvent émettre un grain de lumière (un photon) à une fréquence très souvent égale à 115 GHz, ce qui correspond à une longueur d’onde de 2,6 mm.

Le CO comme témoin

Du fait de ce rayonnement très caractéristique, la molécule CO est maintenant utilisée comme le traceur le plus sensible des nuages moléculaires qui abondent dans notre Galaxie. Après le di-hydrogène qui, lui, est quasiment indétectable, le CO est la molécule la plus abondante dans ces nuages moléculaires. Et comme une partie du rayonnement qu'elle émet est visible par l’instrument HFI, Planck peut à la fois cartographier le rayonnement fossile qui emplit l’Univers et le CO qui trace la formation des étoiles dans notre Galaxie !