Les scientifiques travaillant avec le télescope spatial Hubble ont découvert une molécule très complexe dans l'espace. Appelés Buckyballs, d'après le célèbre penseur Buckminster Fuller, ils sont un arrangement moléculaire de 60 atomes de carbone (C60) sous la forme approximative d'un ballon de football. Bien que ce ne soit pas la première fois que ces molécules exotiques soient repérées dans l'espace, c'est la première fois que des ions Buckyball sont découverts.
Les Buckyballs (alias Buckminsterfullerenes) ont été trouvés dans le milieu interstellaire (ISM), la matière diffuse et le rayonnement qui existe entre les systèmes solaires. Puisque l'ISM est le genre de matière fondamentale à partir de laquelle les étoiles et les planètes se forment finalement, les astronomes s'y intéressent vraiment. Comprendre le contenu de l'ISM met en lumière la montée des étoiles, des planètes et, éventuellement, la vie elle-même.
«Notre confirmation de C60+ montre à quel point l'astrochimie complexe peut devenir, même dans la plus faible densité, les environnements les plus fortement irradiés par les ultraviolets de la Galaxie.
Martin Cordiner, auteur principal, Goddard Space Flight Centre
L'équipe à l'origine de cette découverte a publié ses conclusions dans le Astrophysical Journal Letters du 22 avril 2019. Le document s'intitule «Confirming Interstellar C60 + Using the Hubble Space Telescope». L'auteur principal est Martin Cordiner de l'Université catholique d'Amérique, stationné au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.
Sur Terre, les scientifiques ont trouvé du C60 +, mais c'est rare. Ils l'ont trouvé dans les roches et les minéraux, ainsi que dans la suie générée par la combustion à haute température. Il est surprenant de trouver la forme ionisée (chargée électriquement) de C60 + dans l'ISM, car c'est un environnement très difficile.
Le C60 + dans l'espace est ionisé par les étoiles. La lumière ultraviolette des étoiles dépouille un électron du C60, qui laisse la molécule avec une charge positive. La découverte de ces molécules de carbone complexes dans l'espace est une étape vers un catalogue plus complet de la matière dans le milieu interstellaire.
La vie: la complexité chimique ultime
"L'ISM diffus était historiquement considéré comme un environnement trop dur et ténu pour que des quantités appréciables de grosses molécules se produisent", a déclaré l'auteur principal Cordiner dans un communiqué de presse. «Avant la détection de C60, les plus grosses molécules connues dans l'espace n'avaient que 12 atomes. Notre confirmation de C60+ montre à quel point l'astrochimie complexe peut devenir, même dans la plus faible densité, les environnements les plus fortement irradiés par les ultraviolets de la Galaxie.
«À certains égards, la vie peut être considérée comme le summum de la complexité chimique.»
Martin Cordiner, auteur principal, Goddard Space Flight Centre
Le carbone est la clé de la vie, à notre connaissance. Il est abondant et peut former des composés uniques et divers. Le carbone peut former de grosses molécules appelées polymères, aux températures communes de la Terre. Les polymères sont une famille de molécules avec une large gamme de propriétés qui jouent un rôle clé dans les tissus vivants comme les protéines et l'ADN. Il est difficile d'imaginer la vie sans carbone.
Étant donné que la vie est basée sur des molécules contenant du carbone, trouver des molécules de carbone complexes comme C60 + dans l'espace est une découverte intrigante. "À certains égards, la vie peut être considérée comme le summum de la complexité chimique", a déclaré Cordiner. «La présence de C60 démontre sans équivoque un niveau élevé de complexité chimique intrinsèque aux environnements spatiaux et indique une forte probabilité que d'autres molécules extrêmement complexes contenant du carbone surgissent spontanément dans l'espace. »
La clé pour trouver C60 + dans l'ISM est ce qu'on appelle les bandes interstellaires diffuses (IDB).
Les matières premières de l'ISM sont les suspects habituels: l'hydrogène et l'hélium. Mais il existe de nombreuses autres molécules complexes non identifiées dans l'ISM, et la seule façon de les trouver est d'étudier la lumière stellaire qui les traverse.
Différents éléments et composés de l'ISM peuvent bloquer ou absorber certaines longueurs d'onde de la lumière stellaire. En utilisant la spectrométrie, les scientifiques peuvent diviser la lumière en ses différentes longueurs d'onde et l'examiner. Ce faisant, ils peuvent détecter avec précision les longueurs d'onde absentes et en déduire les produits chimiques responsables.
Dans l'ISM, cela peut être difficile. Là-bas, les modèles d'absorption révélés par la spectrométrie couvrent une gamme beaucoup plus large de lumière, dont certaines sont complètement différentes de celles que l'on voit sur Terre. Ces motifs sont appelés bandes interstellaires diffuses, et ils ont été découverts pour la première fois en 1922 par l'astronome américaine Mary Lea Heger.
Le problème est, pour identifier la nature d'un DIB dans l'espace, il doit être mis en correspondance avec celui vu dans un laboratoire. Mais il existe des millions de structures moléculaires différentes et leurs DIB associés, il faudrait donc des vies pour les identifier toutes.
«Aujourd'hui, plus de 400 DIB sont connus, mais (à part les quelques nouveaux attribués à C60+), aucun n'a été identifié de manière concluante », a déclaré Cordiner. «Ensemble, l'apparition des DIB indique la présence d'une grande quantité de molécules riches en carbone dans l'espace, dont certaines pourraient éventuellement participer à la chimie qui donne naissance à la vie. Cependant, la composition et les caractéristiques de ce matériau resteront inconnues jusqu'à ce que les DIB restants soient attribués. »
Les scientifiques ont passé des décennies à essayer de trouver des correspondances de laboratoire précises pour les DIB.
Le vénérable Hubble repère les Buckyballs
C'est là qu'intervient le vénérable télescope spatial Hubble.
L'équipe derrière cette nouvelle recherche a comparé les profils d'absorption de C60 + en laboratoire avec les DIB que Hubble a observés dans le milieu interstellaire. Le travail de laboratoire DIB a été effectué par une autre équipe de l'Université de Bâle, en Suisse. Le Hubble a pu observer les données d'absorption du C60 + depuis son perchoir en orbite, où la vapeur d'eau dans l'atmosphère terrestre ne peut pas le bloquer. Malgré cela, l'équipe a dû pousser le télescope spatial au-delà de ses limites de sensibilité.
La découverte des ions Buckyball dans l'espace a incité l'équipe à en faire plus. La pensée va, si ces molécules de carbone complexes sont présentes là-bas dans l'ISM, y en a-t-il d'autres? Pour le savoir, davantage de travaux de laboratoire sont nécessaires avec d'autres molécules de carbone complexes, pour identifier leurs DIB afin qu'ils puissent être mis en correspondance avec les futures observations de l'ISM.
Pour l'instant, l'équipe derrière cette étude veut continuer à chercher des Buckyballs dans l'espace, pour voir à quel point ils sont communs. L'auteur principal Cordiner pense que, sur la base de leurs découvertes jusqu'à présent, le C60 + est répandu dans la galaxie.
Ce que cela signifie pour l'apparition et l'évolution de la vie sur Terre et ailleurs est dans l'air, mais c'est une piste de recherche intrigante.
Sources:
- Communiqué de presse: Hubble trouve de minuscules «ballons de football électriques» dans l'espace et aide à résoudre le mystère interstellaire
- Document de recherche: Confirmation de l'interstellaire C60 + à l'aide du télescope spatial Hubble
- Entrée Wikipédia: Milieu interstellaire
- Entrée Wikipédia: Carbone
