Des recherches en laboratoire ont révélé comment les atomes de carbone se diffusent à la surface des grains de glace interstellaire pour former des composés organiques complexes (à base de carbone) essentiels à la compréhension de la complexité de la chimie cosmique. La liste des molécules organiques détectées dans l’espace et la compréhension de leurs interactions ne cessent de s’allonger grâce aux améliorations continues des techniques d’observation directe. Toutefois, les expériences en laboratoire qui révèlent des processus complexes peuvent également fournir des indices importants.
Représentation artistique de la formation de composés organiques sur la glace interstellaire. Source : MasashiTsuge
Des chercheurs de l'Université d'Hokkaido, en collaboration avec des collègues de l'Université de Tokyo au Japon, rapportent de nouvelles connaissances en laboratoire sur le rôle central des atomes de carbone sur les grains de glace interstellaire dans la revue Nature Astronomy.
On pense que certaines des molécules organiques les plus complexes de l’espace sont créées à des températures extrêmement basses à la surface des particules de glace interstellaire. Il est entendu que les particules de glace adaptées à cet effet abondent dans l’univers.
Toutes les molécules organiques reposent sur un squelette d’atomes de carbone liés. La plupart des atomes de carbone sont initialement formés par des réactions de fusion nucléaire dans les étoiles et sont finalement dispersés dans l'espace interstellaire lorsque l'étoile meurt dans une explosion de supernova. Mais pour former des molécules organiques complexes, les atomes de carbone ont besoin d’un mécanisme pour s’agglutiner à la surface des particules de glace, rencontrer les atomes partenaires et former des liaisons chimiques avec eux. De nouvelles recherches suggèrent un mécanisme possible.
Au-dessus de 30 Kelvin (moins 243 degrés Celsius / moins 405,4 degrés Fahrenheit), les atomes de carbone se diffusent et se combinent pour former le carbone diatomique C2. Source : MasashiTsuge et al., Astronomie de la nature. 14 septembre 2023
Masashi Tsuge, chimiste à l'Institut des sciences cryogéniques de l'Université de Hokkaido, a déclaré : « Dans notre étude, nous avons reproduit des conditions interstellaires possibles en laboratoire et avons pu détecter la réaction de diffusion d'atomes de carbone faiblement liés à la surface des particules de glace et générer des molécules de C2. Le C2, également connu sous le nom de carbone diatomique, est une molécule dans laquelle deux atomes de carbone sont liés ensemble ; sa formation est une preuve concrète de la présence d'atomes de carbone diffusés sur les particules de glace interstellaire.
L’étude a révélé que cette diffusion peut se produire à des températures supérieures à 30 Kelvin (moins 243 degrés Celsius / 405,4 degrés au-dessus de zéro Fahrenheit), et dans l’espace, il suffit de 22 Kelvin (moins 251 degrés Celsius / 419,8 degrés Fahrenheit au-dessus de zéro) pour activer la diffusion des atomes de carbone.
Masashi Tsuzuki (à gauche), le premier auteur et auteur correspondant de l'article, et Naoki Watanabe (à droite), le co-auteur. Source : MasashiTsuge
Zhezhi a déclaré que les résultats placent un processus chimique jusqu'alors négligé dans le cadre explicatif de la façon dont des molécules organiques plus complexes sont construites en ajoutant continuellement des atomes de carbone. Il pense que ces processus peuvent se produire dans les disques protoplanétaires autour des étoiles, à partir desquels se forment les planètes. Les conditions requises peuvent également se développer dans des nuages dits translucides, qui finissent par évoluer vers des régions de formation d'étoiles. Cela pourrait également expliquer l’origine des produits chimiques présents sur Terre qui auraient pu donner naissance à la vie.
En plus des questions sur l’origine de la vie, cette recherche ajoute un nouveau processus fondamental à la variété de réactions chimiques qui peuvent avoir, et peuvent encore, structurer la chimie à base de carbone dans tout l’univers.
Les auteurs résument également la compréhension actuelle de la formation de produits chimiques organiques complexes dans l’espace de manière plus générale et examinent comment les réactions provoquées par la diffusion d’atomes de carbone pourraient changer la situation actuelle.