Un ingénieur chimiste de Caltech qui développe normalement de nouvelles façons de fabriquer des microprocesseurs dans les ordinateurs a découvert comment expliquer un mystère lancinant dans l'espace :pourquoi les comètes expulsent de l'oxygène gazeux, le même gaz que nous, les humains, respirons.

La découverte que les comètes produisent de l'oxygène gazeux, également appelé oxygène moléculaire ou O2, a été annoncée en 2015 par des chercheurs étudiant la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko avec le vaisseau spatial Rosetta de l'Agence spatiale européenne. La mission a découvert de manière inattendue des niveaux abondants d'oxygène moléculaire dans l'atmosphère de la comète. L'oxygène moléculaire dans l'espace est très instable, comme l'oxygène préfère s'associer à l'hydrogène pour produire de l'eau, ou du carbone pour produire du dioxyde de carbone. En effet, L'O2 n'a été détecté que deux fois auparavant dans l'espace dans des nébuleuses en formation d'étoiles.

Les scientifiques ont suggéré que l'oxygène moléculaire sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko pourrait avoir dégelé de sa surface après avoir été gelé à l'intérieur de la comète depuis l'aube du système solaire il y a 4,6 milliards d'années. Mais des questions persistent car certains scientifiques disent que l'oxygène aurait dû réagir avec d'autres produits chimiques pendant tout ce temps.

Professeur de génie chimique à Caltech, Konstantinos P. Giapis, a commencé à examiner les données de Rosetta parce que les réactions chimiques qui se produisent à la surface de la comète étaient similaires à celles qu'il a effectuées en laboratoire au cours des 20 dernières années. Giapis étudie les réactions chimiques impliquant des atomes chargés à grande vitesse, ou des ions, entrer en collision avec des surfaces semi-conductrices pour créer des puces informatiques plus rapides et des mémoires numériques plus grandes pour les ordinateurs et les téléphones.

"J'ai commencé à m'intéresser à l'espace et je cherchais des endroits où les ions seraient accélérés contre des surfaces, " dit Giapis. " Après avoir regardé les mesures faites sur la comète de Rosetta, en particulier concernant les énergies des molécules d'eau frappant la comète, tout a cliqué. Ce que j'étudie depuis des années se passe ici même sur cette comète."

Dans un nouveau Communication Nature étudier, Giapis et son co-auteur, chercheur postdoctoral Yunxi Yao, démontrer en laboratoire comment la comète pourrait produire de l'oxygène. Essentiellement, les molécules de vapeur d'eau s'écoulent de la comète lorsque le corps cosmique est chauffé par le soleil. Les molécules d'eau s'ionisent, ou facturés, par la lumière ultraviolette du soleil, puis le vent du soleil renvoie les molécules d'eau ionisées vers la comète. Lorsque les molécules d'eau frappent la surface de la comète, qui contient de l'oxygène lié dans des matériaux tels que la rouille et le sable, les molécules ramassent un autre atome d'oxygène de ces surfaces et de l'O2 est formé.

En d'autres termes, la nouvelle recherche implique que l'oxygène moléculaire trouvé par Rosetta n'a pas besoin d'être primordial après tout mais peut être produit en temps réel sur la comète.

"Nous avons montré expérimentalement qu'il est possible de former dynamiquement de l'oxygène moléculaire à la surface de matériaux similaires à ceux trouvés sur la comète, " dit Yao.

"Nous n'avions aucune idée lorsque nous avons construit nos installations de laboratoire qu'elles finiraient par s'appliquer à l'astrophysique des comètes, " dit Giapis. " Ce mécanisme chimique original est basé sur la classe rarement considérée des réactions d'Eley-Rideal, qui se produisent lorsque des molécules en mouvement rapide, de l'eau dans ce cas, entrer en collision avec des surfaces et extraire les atomes qui s'y trouvent, former de nouvelles molécules. Toutes les conditions nécessaires à de telles réactions existent sur la comète 67P."

Autres corps astrophysiques, comme les planètes au-delà de notre système solaire, ou exoplanètes, pourrait également produire de l'oxygène moléculaire avec un mécanisme « abiotique » similaire, sans avoir besoin de la vie. Cela pourrait influencer la façon dont les chercheurs recherchent des signes de vie sur les exoplanètes à l'avenir.

"L'oxygène est une molécule importante, qui est très insaisissable dans l'espace interstellaire, " dit l'astronome Paul Goldsmith du JPL, qui est géré par Caltech pour la NASA. Goldsmith est le scientifique du projet de la NASA pour la mission Herschel de l'Agence spatiale européenne, qui a fait la première détection confirmée d'oxygène moléculaire dans l'espace en 2011. "Ce mécanisme de production étudié dans le laboratoire du professeur Giapis pourrait fonctionner dans une gamme d'environnements et montre le lien important entre les études de laboratoire et l'astrochimie."

Les Communication Nature L'article s'intitule "Production dynamique d'oxygène moléculaire dans les comae cométaires".