L’oxygène est l’élément le plus abondant dans le cosmos après l’hydrogène et l’hélium. Il est deux fois plus abondant que l’élément suivant, le carbone. On s’attend donc à ce que des espèces comme O (l’oxygène atomique), OH (le radical hydroxyle), H2O (l’eau) et O2 (le dioxygène ou oxygène moléculaire) soient abondantes dans le gaz interstellaire. Si les 3 premières ont bien été détectées dans le milieu interstellaire, la molécule O2 ne l’était toujours pas jusqu’à aujourd’hui. Pourtant la molécule voisine CO (monoxyde de carbone) est couramment observée et sert même de traceur pour l’hydrogène moléculaire H2 invisible à basse température. Pourquoi ? Notre atmosphère étant pleine d’oxygène moléculaire, les télescopes au sol sont totalement aveuglés dans ce domaine de fréquences correspondant aux raies de O2. Diverses stratégies pour contourner ce problème existent (observer des molécules isotopiques comme O18O, qui ne saturent pas les récepteurs, observer des sources extragalactiques très lointaines pour bénéficier de leur décalage vers le rouge, en dehors des fréquences bloquantes de l’atmosphère, utiliser des avions ou des ballons, etc.) mais le mieux est de disposer d’un satellite pour observer la molécule O2 en se plaçant au-dessus de l’atmosphère.

Figure 1 : La raie de l’oxygène moléculaire (au milieu) apparaît à la vitesse de l’absorption maximum du signal d’autres traceurs, comme H2O (en bas). Ces traceurs ont une émission intense venant de la zone très chaude située derrière le nuage et cette émission est absorbée par le gaz très froid du nuage qui est devant. Cette absorption est donc signe d’une grande quantité de gaz froid, ce qui semble favorable à l’apparition de O2.

C’est ce que viennent successivement de faire deux groupes, le premier, américain, a lancé un petit satellite, SWAS, chargé de mesurer l’eau et le di-oxygène dans l’espace suivi par un deuxième, deux fois plus gros, Odin, construit par 4 pays (la Suède, la France, la Finlande et le Canada) dont les buts principaux étaient les mêmes mais avec des possibilités plus étendues. En particulier, Odin est équipé d’un récepteur dédié uniquement à la recherche de l’oxygène moléculaire dans sa raie d’émission fondamentale (a priori la raie la plus intense dans les milieux de température inférieure à 100 K). Odin vient enfin de rencontrer le succès en détectant cette raie dans la direction d’un gros nuage moléculaire proche de nous, Rho Oph A, dans la constellation du Serpent.

Figure 2 : La première raie de l’oxygène moléculaire a été détectée par Odin dans le nuage moléculaire Rho Oph A, dans la constellation du Serpent (photo d’Alex Mellinger. D.R.) Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Les recherches de la molécule O2 remontent au début des années 80. Rapidement, il fallut déchanter car la molécule supposée très abondante n’apparaissait pas, malgré l’amélioration continue de la sensibilité des récepteurs. Il y eut plusieurs fausses alertes. Cette première détection suggère que l’abondance de O2 est 1000 fois plus faible qu’attendue mais ce n’est qu’une estimation préliminaire. La résolution angulaire du satellite étant assez faible (à peu près dix fois plus mauvaise que celle de l’oeil humain), on ne sait pas exactement où se trouve la source d’émission dans la direction visée. Des observations à plus haute résolution seront faites par Herschel, le prochain satellite qui devrait être lancé dans l’espace par l’Agence Européenne ESA en 2008.

Référence B. Larsson, R. Liseau, L. Pagani, P. Bergman, P. Bernath, N. Biver, J.H. Black, R.S. Booth, V. Buat, J. Crovisier, C.L. Curry, M. Dahlgren, P.J. Encrenaz, E. Falgarone, P.A. Feldman, M. Fich, H.G. Flore’n, M. Fredrixon, U. Frisk, G.F. Gahm, M. Gerin, M. Hagstroem, J. Harju, T. Hasegawa, Aa. Hjalmarson, C. Horellou, L.E.B. Johansson, K. Justtanont, A. Klotz, E. Kyroelae, S. Kwok, A. Lecacheux, T. Liljestroem, E.J. Llewellyn, S. Lundin, G. Me’gie, G.F. Mitchell, D. Murtagh, L.H. Nordh, L.-Aa. Nyman, M. Olberg, A.O.H. Olofsson, G. Olofsson, H. Olofsson, G. Persson, R. Plume, H. Rickman, I. Ristorcelli, G. Rydbeck, Aa. Sandqvist, F.v. Sche’ele, G. Serra, S. Torchinsky, N.F. Tothill, K. Volk, T. Wiklind, C.D. Wilson, A. Winnberg, G. Witt Molecular oxygen in the rho Ophiuchi cloud Astronomy & Astrophysics, in press Contact Laurent Pagani (Observatoire de Paris, LERMA, et CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

Oxygen is the most abundant element in the Universe after hydrogen and helium. It is twice as much abundant as the next element, carbon. Therefore, it is expected that species like O (atomic oxygen), OH (hydroxyl radical), H2O (water) and O2 (di-oxygen or molecular oxygen) be abundant in the interstellar gas. If the first 3 have been indeed detected in the interstellar medium, it was not the case for the O2 molecule until today. However, its next of kin, CO (carbon monoxyde) is routinely observed and is even used as a molecular hydrogen (H2) tracer, H2 being invisible at low temperature. Why ? Our atmosphere being full of molecular oxygen, the ground-based telescopes are totally blind in the frequency ranges of the different O2 transitions. Several possible strategies have been used to circumvent this problem (such as to observe rare isotopologues like O18O which do not saturate the receivers, to observe far remote extragalactic sources to take advantage of their redshifting away from the blocking atmospheric lines, to use planes or balloons, etc.). However, the best is to launch a satellite in order to be above the atmosphere to observe the O2 molecule.

Figure 1 : La raie de l’oxygène moléculaire (au milieu) apparaît à la vitesse de l’absorption maximum du signal d’autres traceurs, comme H2O (en bas). Ces traceurs ont une émission intense venant de la zone très chaude située derrière le nuage et cette émission est absorbée par le gaz très froid du nuage qui est devant. Cette absorption est donc signe d’une grande quantité de gaz froid, ce qui semble favorable à l’apparition de O2.

This is what two teams have successively achieved. The first, american, has launched a small satellite, SWAS, which focused on measuring water and molecular oxygen in space, followed by a second, twice as much bigger, Odin, constructed by 4 countries (Sweden, France, Finland and Canada), the goals of which where globally the same but with extended capabilities. In particular, Odin is equipped with a receiver dedicated to the search of the ground transition of O2 (a priori the most intense line in regions colder than 100 K). Odin just comes up with success, detecting this line in the direction of a large molecular cloud nearby, Rho Oph A in the Serpens constellation.

Figure 2 : La première raie de l’oxygène moléculaire a été détectée par Odin dans le nuage moléculaire Rho Oph A, dans la constellation du Serpent (photo d’Alex Mellinger. D.R.) Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Searches for the O2 molecule started in the beginning of the ’80s. It quickly appeared that the quest would not be that easy because the molecule, supposedly very abundant did not show up despite the continuous improvement of the receiver sensitivity. There have been several false alarms. This first detection suggests that the abundance of O2 is 1000 times lower than originally expected but it is only a rough estimate. The Odin satellite angular resolution being relatively low (roughly ten times as bad as that of human eye), we don’t know exactly where is situated the source of emission in the observed spot. Higher angular resolution observations will be done with Herschel, the next satellite which should be launched in space by the European Agency ESA in 2008.

Reference B. Larsson, R. Liseau, L. Pagani, P. Bergman, P. Bernath, N. Biver, J.H. Black, R.S. Booth, V. Buat, J. Crovisier, C.L. Curry, M. Dahlgren, P.J. Encrenaz, E. Falgarone, P.A. Feldman, M. Fich, H.G. Flore’n, M. Fredrixon, U. Frisk, G.F. Gahm, M. Gerin, M. Hagstroem, J. Harju, T. Hasegawa, Aa. Hjalmarson, C. Horellou, L.E.B. Johansson, K. Justtanont, A. Klotz, E. Kyroelae, S. Kwok, A. Lecacheux, T. Liljestroem, E.J. Llewellyn, S. Lundin, G. Me’gie, G.F. Mitchell, D. Murtagh, L.H. Nordh, L.-Aa. Nyman, M. Olberg, A.O.H. Olofsson, G. Olofsson, H. Olofsson, G. Persson, R. Plume, H. Rickman, I. Ristorcelli, G. Rydbeck, Aa. Sandqvist, F.v. Sche’ele, G. Serra, S. Torchinsky, N.F. Tothill, K. Volk, T. Wiklind, C.D. Wilson, A. Winnberg, G. Witt Molecular oxygen in the rho Ophiuchi cloud Astronomy & Astrophysics, in press Contact Laurent Pagani (Observatoire de Paris, LERMA, et CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013