Demandez à Ethan: à quelle vitesse la vie aurait-elle pu apparaître dans l'univers?

Les molécules organiques se trouvent dans les régions de formation des étoiles, dans les restes d'étoiles et dans les gaz interstellaires, tout au long de la Voie lactée. En principe, les ingrédients des planètes rocheuses et de leur vie pourraient apparaître dans notre univers assez rapidement et bien avant l'apparition de la Terre

L'histoire de la façon dont l'Univers est devenu ce que nous le voyons aujourd'hui, du Big Bang à un immense espace rempli d'amas, de galaxies, d'étoiles, de planètes et de vie, nous unit tous. Du point de vue des habitants de la planète Terre, 2/3 de l'histoire de l'espace s'est écoulé avant l'apparition du Soleil et de la Terre. Cependant, la vie est apparue dans notre monde tant que nous sommes capables de regarder le passé à l'aide de mesures - il y a peut-être même 4,4 milliards d'années. Cela nous fait nous demander: la vie n'est-elle pas apparue dans l'Univers avant notre planète et, en principe, combien de temps pourrait-elle apparaître? Notre lecteur veut savoir ceci:

Combien de temps après le Big Bang a-t-il pu accumuler suffisamment d'éléments lourds pour former des planètes et peut-être la vie?

Et même si nous nous limitons au type de vie que nous considérons comme «similaire au nôtre», la réponse à cette question nous renverra dans le passé que vous ne pouvez l'imaginer.


Les dépôts de graphite trouvés dans le zircon sont la plus ancienne preuve de vie à base de carbone sur Terre. Ces dépôts et la quantité de carbone 12 en eux datent de l'apparition de la vie sur Terre il y a plus de 4 milliards d'années.

Bien sûr, nous ne pouvons pas aller au tout début de l'univers. Après le Big Bang, il n'y avait pas seulement des étoiles ou des galaxies, pas même des atomes. Tout a besoin de temps pour apparaître et l'Univers, qui contenait après la naissance une mer de matière, d'antimatière et de rayonnement, a commencé à exister avec un état plutôt uniforme. Les régions les plus denses étaient une fraction d'un pour cent - peut-être seulement 0,003% - plus denses que la moyenne. Cela signifie que le travail d'effondrement gravitationnel prendra une énorme période de temps pour créer, par exemple, une planète 10 à 30 fois plus dense que la densité moyenne de l'Univers. Et pourtant, l'Univers avait autant de temps que nécessaire pour l'apparition de tout cela.


La chronologie standard de l'histoire de l'univers. Bien que la Terre ne soit apparue que 9,2 milliards d'années après le Big Bang, de nombreuses étapes nécessaires pour créer un monde comme le nôtre ont eu lieu très tôt

Après la première seconde, l'antimatière s'est annihilée avec la majeure partie de la matière, et peu de protons, neutrons et électrons sont restés dans la mer de neutrinos et de photons. Après 3-4 minutes, les protons et les neutrons ont formé des noyaux atomiques neutres, mais presque tous étaient des isotopes d'hydrogène et d'hélium. Et ce n'est que lorsque l'Univers s'est refroidi à une certaine température, qui a pris 380 000 ans, que les électrons ont pu rejoindre ces noyaux et former des atomes neutres pour la première fois. Et même avec ces ingrédients fondamentaux, la vie - et même les planètes rocheuses - ont jusqu'à présent été impossibles. Les atomes d'hydrogène et d'hélium seuls sont indispensables.


Avec le refroidissement de l'Univers, des noyaux atomiques apparaissent, et après eux, avec d'autres atomes neutres de refroidissement. Cependant, presque tous ces atomes sont de l'hydrogène et de l'hélium, et ce n'est qu'après plusieurs millions d'années que des étoiles commencent à se former dans lesquelles apparaissent des éléments lourds, nécessaires à l'apparition des planètes rocheuses et de la vie.

Mais l'effondrement gravitationnel est une réalité, et ayant assez de temps, il changera l'apparence de l'univers. Bien qu'au début, cela prenne beaucoup de temps, cela se poursuit sans relâche et prend de l'ampleur. Plus la région du cosmos est dense, mieux elle parvient à attirer de plus en plus de matière. Les sites commençant à la densité la plus élevée croissent plus rapidement que les autres, et nos simulations montrent que les toutes premières étoiles auraient dû se former environ 50 à 100 ans après le Big Bang. Ces étoiles étaient censées être composées exclusivement d'hydrogène et d'hélium, et pouvaient atteindre des masses assez importantes: des centaines, voire des milliers de solaires. Et quand une étoile si massive se forme, elle mourra dans un ou deux millions d'années.


Mais au moment de la mort de telles stars, quelque chose d'incroyable se produit - et tout cela grâce à leur vie. Toutes les étoiles synthétisent de l'hélium à partir de l'hydrogène dans le cœur, mais les plus massives non seulement synthétisent le carbone à partir de l'hélium - elles passent à la synthèse de l'oxygène à partir du carbone, du néon / magnésium / silicium / soufre à partir de l'oxygène, et là, elle va de plus en plus loin, en avant le long du tableau périodique des éléments jusqu'à ce qu'ils atteignent le fer, le nickel et le cobalt. Après cela, il n'y a plus nulle part où aller et le noyau s'effondre, déclenchant une explosion de supernova. Ces explosions jettent d'énormes quantités d'éléments lourds dans l'Univers, donnant naissance à de nouvelles générations d'étoiles et enrichissant l'espace interstellaire. Du coup, des éléments lourds, dont les ingrédients nécessaires à l'apparition des planètes rocheuses et des molécules organiques, remplissent ces protogalaxies.


Les atomes se lient pour former des molécules, y compris des molécules organiques et des processus biologiques, à la fois sur les planètes et dans l'espace interstellaire. Dès que les éléments lourds nécessaires deviennent disponibles dans l'Univers, la formation de ces "graines de vie" est inévitable

Plus les étoiles vivent, s'éteignent et meurent, plus la prochaine génération d'étoiles sera enrichie. De nombreuses supernovae créent des étoiles à neutrons et, dans les fusions d'étoiles à neutrons, le plus grand nombre des éléments les plus lourds du tableau périodique apparaissent. Une augmentation de la proportion d'éléments lourds signifie une augmentation du nombre de planètes rocheuses de densité plus élevée, du nombre d'éléments nécessaires à la vie que nous connaissons et de la probabilité d'apparition de molécules organiques complexes. Nous n'avons pas besoin du système stellaire moyen de l'Univers pour ressembler au système solaire; nous avons juste besoin de plusieurs générations d'étoiles pour vivre et mourir dans la région la plus dense de l'espace afin de reproduire les conditions propices à l'apparition de planètes rocheuses et de molécules organiques.


Au centre des restes de la supernova RCW 103 se trouve une étoile à neutrons à rotation lente, anciennement une étoile massive, atteignant la fin de sa vie. Et bien que les supernovae soient capables de renvoyer des éléments lourds synthétisés dans le noyau vers l'Univers, ce sont les fusions ultérieures d'étoiles à neutrons qui créent la plupart des éléments les plus lourds.

Au moment où l'univers n'avait qu'un milliard d'années, les objets les plus éloignés, l'abondance d'éléments lourds dans lesquels on peut mesurer, contiennent beaucoup de carbone : autant que dans notre système solaire. Un nombre suffisant d'autres éléments lourds sont tapés encore plus rapidement; le carbone peut avoir besoin de plus de temps pour atteindre une concentration élevée, car il apparaît principalement dans les étoiles qui ne se transforment pas en supernovae, et non dans les étoiles ultra-massives qui explosent. Les planètes rocheuses n'ont pas besoin de carbone; d'autres éléments lourds tomberont. (Et de nombreuses supernovae créent du phosphore ; il n'est pas nécessaire de croire les rapports récents qui exagèrent incorrectement son déficit). Il est probable que seulement quelques centaines de millions d'années après l'inflammation des premières étoiles - au moment où l'Univers avait 300 à 500 millions d'années - des planètes rocheuses se formaient déjà autour des étoiles les plus enrichies.


Disque protoplanétaire autour d'une jeune étoile, HL Taurus ; Photo ALMA . Des lacunes dans le disque indiquent la présence de nouvelles planètes. Une fois que le disque contient suffisamment d'éléments lourds, des planètes rocheuses peuvent y apparaître.

Si le carbone n'était pas nécessaire à la vie, en même temps, dans certaines régions de l'espace, des processus de vie pourraient commencer. Mais pour une vie similaire à la nôtre, le carbone est nécessaire, ce qui signifie que pour une bonne probabilité d'apparition de la vie, il faut attendre un peu plus longtemps. Bien que des atomes de carbone apparaîtront, il faudra 1 à 1,5 milliard d'années pour en accumuler une quantité suffisante: jusqu'à ce que l'Univers atteigne 10% de son âge actuel, et pas seulement 3 à 4%, qui ne sont nécessaires que pour l'apparition de rochers planètes. Il est intéressant de penser que l'Univers a formé les planètes et tous les ingrédients nécessaires en quantité suffisante pour l'apparence de la vie, à l'exception du carbone, et que pour créer une quantité suffisante de l'ingrédient le plus important de la vie, vous devez attendre que les étoiles les plus massives du soleil vivent et meurent.


Les restes de supernova (à gauche) et la nébuleuse planétaire (à droite) - ces deux méthodes permettent aux étoiles de renvoyer des éléments lourds brûlés dans l'espace interstellaire et de les utiliser pour l'apparition des étoiles et des planètes de la prochaine génération. Les étoiles semblables au soleil, dont la mort reste une nébuleuse planétaire, sont la principale source de carbone dans l'Univers. Il faut plus de temps pour le produire, car les étoiles, après la mort desquelles apparaît une nébuleuse planétaire, vivent plus longtemps que celles qui meurent sous forme de supernovae.

Extrapoler dans le passé les formes de vie les plus avancées sur Terre qui sont apparues à différentes époques est un exercice intéressant. Il s'avère que l'augmentation de la complexité des génomes suit une certaine tendance. Si nous revenons à des bases séparées par paires , nous obtenons une période qui ressemble plus à 9 à 10 milliards d'années qu'il y a 12 à 13 milliards d'années. Est-ce une indication que la vie existant sur Terre est apparue beaucoup plus tôt que la Terre elle-même? Et est-ce une indication que la vie aurait pu commencer il y a des milliards d'années, et dans notre étendue d'espace, il a fallu plusieurs milliards d'années supplémentaires pour commencer?


Dans ce graphique semi-logarithmique, la complexité des organismes, telle que mesurée par la longueur de l'ADN fonctionnel non redondant par rapport au génome, compté à partir des bases appariées des nucléotides, augmente linéairement avec le temps. Le temps est compté en milliards d'années à partir du moment actuel.

Pour le moment, nous ne le savons pas. Mais nous ne savons pas où passe la vie et non la vie. Nous ne savons pas non plus si la vie terrestre a commencé ici, sur une planète précédemment formée, ou quelque part dans les profondeurs de l'espace interstellaire, sans aucune planète .


De nombreux acides aminés qui ne se trouvent pas dans la nature se trouvent dans la météorite de Murchison , qui est tombée sur la Terre en Australie en 1969. Le fait qu'il existe plus de 80 types uniques d'acides aminés dans une simple pierre cosmique suggère que les ingrédients de la vie, ou même de la vie elle-même, n'apparaissent pas du tout sur la planète.

Il est très intéressant de noter que les ingrédients bruts et élémentaires nécessaires à la vie sont apparus peu de temps après la formation des premières étoiles, et l'ingrédient le plus important - le carbone, le quatrième élément le plus abondant de l'Univers - est le dernier ingrédient à atteindre la quantité dont nous avons besoin. Les planètes rocheuses sont apparues à certains endroits beaucoup plus tôt que la vie n'aurait pu apparaître: un demi-milliard d'années seulement après le Big Bang, ou même plus tôt. Mais dès que nous avons suffisamment de carbone, 1 à 1,5 milliard d'années après le Big Bang, toutes les étapes nécessaires à l'apparition des molécules organiques et au début du mouvement vers la vie deviennent inévitables. Peu importe les processus de vie qui ont conduit à l'émergence de l'humanité, pour autant que nous les comprenions, ils pouvaient commencer leur voyage lorsque l'Univers était dix fois plus petit que maintenant.