21/01/2014 - Les chercheurs du CSIC peuvent expliquer la présence de grandes molécules de carbone dans l'espace.

Menéame

Une équipe pluridisciplinaire dirigée par des chercheurs du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) a découvert un nouveau mécanisme pour expliquer la présence de hydrocarbures de l’hydrogène aromatiques (PAH selon le sigle anglais) dans l’espace.

Les résultats du travail, qui combine des observations astronomiques avec des techniques avancées en nanotechnologie, sont publiés dans le dernier numéro du magazine Nature Communications.

Les PAH sont de grandes molécules à base de carbone qui sont issues de l’accumulation de petits hydrocarbures. Sur Terre, on peut les trouver dans des combustibles fossiles tels que le pétrole et le charbon, ainsi que dans des produits dérivés de leur combustion. Diverses théories scientifiques soutiennent que ces molécules sont essentielles pour comprendre l’origine de la vie sur Terre.

Le chercheur du CSIC José Cernicharo, qui travaille au Centre d’astrobiologie (centre mixte CSIC et INTA), explique: "Les PAH possèdent un spectre infrarouge caractéristique qui a permis leur découverte dans le milieu interstellaire. Bien qu’elles aient été régulièrement détectées en dehors de la Terre, leur formation et leur immense abondance dans l’espace restent un mystère."

Lecture de l’environnement spatial

Dans les machines à haut vide, les scientifiques ont mené des expériences dans lesquelles ils ont reproduit les conditions de l’environnement spatial. L’ensemble du processus a été caractérisé par l’utilisation de puissants microscopes à effet tunnel et des techniques d’analyse des surfaces combinées avec des modèles informatiques.

Le travail montre qu’il est possible de produire PAHs de manière efficace par l’interaction de l’hydrogène atomique avec des grains de poudre composés de carbure de silicium. Ces grains, si abondants dans l’espace, se forment à proximité des enveloppes circumestélaires d’étoiles géantes rouges, notamment à une distance de 1 à 5 rayons stellaires (une zone comparable en taille à l’orbite de Jupiter), à une température approximative de entre 1 800 et 2 500 °C.

Les températures élevées font que le carbone des grains de poussière de la surface du carbure de silicium est organisé en couches de graphène. Les radiations intenses de l’étoile poussent les grains de poussière vers des zones extérieures plus froides de l’enveloppe circulaire, à une distance de 5 à 20 rayons stellaires, où la température est d’environ 600 à 1 200 °C.

"Nos expériences montrent que l’hydrogène atomique agit sur la surface des grains de poussière en arrachant des morceaux de la couche graphique externe et en libérant des PAH ou des espèces moléculaires plus petites, qui sont expulsées dans l’espace dans des conditions analogues à celles qui se produisent à proximité des étoiles géantes rouges," explique José Angel Martín-Gago, chercheur du CSIC à l’Institut de Science des Matériaux de Madrid.

"Le bon accord obtenu entre les expériences de laboratoire et l’analyse des données astrophysiques indique que les techniques de science de surface ouvrent la voie à la recherche et à la modélisation d’autres processus associés aux particules de poussière du milieu interstellaire," souligne Cernicharo.

L’étude s’inscrit dans le cadre de la Projet NANOCOSMOS (Gas and Dust from the Stars to the Laboratory: Exploring the NANOCOSMOS), financé par le Conseil européen de la recherche (ERC) à hauteur de 15 millions d’euros sur une période de six ans, dans le cadre du programme Synergy Grant. L’initiative visera à trouver une solution à la formation des nanoparticules qui constituent les grains de poussière interstellaire et à déterminer quels sont les processus fondamentaux qui entraînent la complexité chimique tant sur Terre que dans l’espace.  

Réf.

P. Merino, M. Svec, J.I. Martinez, P. Jelinek, P. Lacovig, M. Dalmiglio, S. Lizzit, P. Soukiassian, J. Cernicharo et J.A. Martin-Gago. Graphene etching on SiC gras as a path to interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons Formation. Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms4054.

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CSIC

Image: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (Wikipedia)

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