Des molécules à chaîne carbonée aussi complexes que les buckminsterfullerènes en C60 - des " buckyballs " - peuvent se former dans l'espace à l'aide d'atomes de fer regroupés, selon les nouveaux travaux des cosmochimistes de l'ASU. Le travail explique également comment ces amas de fer se cachent à l'intérieur de molécules de chaîne carbonée communes. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Les astrophysiciens savent que le fer (symbole chimique :Fe) est l'un des éléments les plus abondants de l'univers, après des éléments légers comme l'hydrogène, carbone, et de l'oxygène. Le fer se trouve le plus souvent sous forme gazeuse dans les étoiles telles que le Soleil, et sous une forme plus condensée sur des planètes telles que la Terre.
Le fer dans les environnements interstellaires devrait également être courant, mais les astrophysiciens ne détectent que de faibles niveaux de type gazeux. Cela implique que le fer manquant existe sous une forme solide ou un état moléculaire, pourtant, l'identification de sa cachette est restée insaisissable pendant des décennies.
Une équipe de cosmochimistes de l'Arizona State University, avec le soutien de la W.M. Fondation Keck, prétend maintenant que le mystère est plus simple qu'il n'y paraît. Le fer ne manque pas vraiment, ils disent. Au lieu de cela, il se cache à la vue de tous. Le fer s'est combiné avec des molécules de carbone pour former des chaînes moléculaires appelées pseudocarbynes de fer. Les spectres de ces chaînes sont identiques à ceux des chaînes beaucoup plus courantes de molécules de carbone, connu depuis longtemps pour être abondant dans l'espace interstellaire.
Les travaux de l'équipe ont été publiés fin juin dans le Journal d'astrophysique .
« Nous proposons une nouvelle classe de molécules susceptibles d'être répandues dans le milieu interstellaire, " dit Pilarasetty Tarakeshwar, professeur agrégé de recherche à l'École des sciences moléculaires de l'ASU. Ses co-auteurs, Peter Buseck et Frank Timmes, sont tous deux à l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU; Buseck, un professeur de l'ASU Regents, est également à l'École des sciences moléculaires avec Tarakeshwar.
L'équipe a examiné comment des amas contenant seulement quelques atomes de fer métallique pourraient se joindre à des chaînes de molécules de carbone pour produire des molécules combinant les deux éléments.
Les pseudocarbynes de fer sont probablement répandus dans le milieu interstellaire, où des températures extrêmement froides conduiraient les chaînes carbonées à se condenser sur les amas de Fe. Au fil des éons, des molécules organiques complexes émergeraient de ces pseudocarbynes Fe. Le modèle montre une chaîne carbonée à coiffe d'hydrogène attachée à un cluster Fe13 (les atomes de fer sont brun rougeâtre, le carbone est gris, l'hydrogène est gris clair). Crédit :P. Tarakeshwar/ASU
Des preuves récentes obtenues à partir de poussières d'étoiles et de météorites indiquent la présence généralisée d'amas d'atomes de fer dans le cosmos. Dans les températures extrêmement froides de l'espace interstellaire, ces amas de fer agissent comme des particules surgelées, permettant à des chaînes carbonées de différentes longueurs de s'y coller, produisant ainsi des molécules différentes de celles qui peuvent se produire avec la phase gazeuse du fer.
Dit Tarakeshwar, "Nous avons calculé à quoi ressembleraient les spectres de ces molécules, et nous avons constaté qu'ils ont des signatures spectroscopiques presque identiques aux molécules à chaîne carbonée sans fer. » Il a ajouté qu'à cause de cela, "Les observations astrophysiques précédentes auraient pu ignorer ces molécules de carbone et de fer."
Cela signifie, disent les chercheurs, le fer manquant dans le milieu interstellaire est en fait bien en vue mais se fait passer pour des molécules à chaîne carbonée communes.
Le nouveau travail peut également résoudre une autre énigme de longue date. Les chaînes carbonées de plus de neuf atomes sont instables, explique l'équipe. Pourtant, les observations ont détecté des molécules de carbone plus complexes dans l'espace interstellaire. Comment la nature construit ces molécules de carbone complexes à partir de molécules de carbone plus simples est un mystère depuis de nombreuses années.
Buseck a expliqué, "Les chaînes carbonées plus longues sont stabilisées par l'ajout d'amas de fer." Cela ouvre une nouvelle voie pour la construction de molécules plus complexes dans l'espace, tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques, dont le naphtalène est un exemple familier, étant l'ingrédient principal des boules à mites.
dit Timmes, "Notre travail fournit de nouvelles perspectives pour combler le fossé béant entre les molécules contenant neuf atomes de carbone ou moins et les molécules complexes telles que le buckminsterfullerène C60, mieux connu sous le nom de « buckyballs ». »
