Les planétologues utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont révélé les secrets de l'atmosphère de Titan, la plus grosse lune de Saturne. L'équipe a trouvé une empreinte chimique dans l'atmosphère de Titan indiquant que les rayons cosmiques provenant de l'extérieur du système solaire affectent les réactions chimiques impliquées dans la formation de molécules organiques azotées. Il s'agit de la première confirmation observationnelle de tels processus, et a un impact sur la compréhension de l'environnement intrigant de Titan.

Titan suscite beaucoup d'intérêt en raison de son atmosphère unique avec un certain nombre de molécules organiques qui forment un environnement prébiotique.

Takahiro Iino, scientifique à l'Université de Tokyo, et son équipe ont utilisé ALMA pour révéler les processus chimiques dans l'atmosphère de Titan. Ils ont trouvé des signaux faibles mais fermes d'acétonitrile (CH 3 CN) et son isotopomère rare CH 3 C 15 N dans les données ALMA.

« Nous avons constaté que l'abondance de ¹⁴ N dans l'acétonitrile est plus élevé que ceux dans d'autres espèces azotées telles que HCN et H 3 CN, ", dit Iino. "Cela correspond bien à la récente simulation informatique de processus chimiques avec des rayons cosmiques de haute énergie."

Il y a deux acteurs importants dans les processus chimiques de l'atmosphère; la lumière ultraviolette (UV) du Soleil et les rayons cosmiques provenant de l'extérieur du système solaire. Dans la haute atmosphère, La lumière UV détruit sélectivement les molécules d'azote contenant ¹⁵ N parce que la lumière UV avec la longueur d'onde spécifique qui interagit avec ¹⁴ N. ¹⁴ N est facilement absorbé à cette altitude. Ainsi, les espèces azotées produites à cette altitude ont tendance à présenter une forte ¹⁵ N abondance. D'autre part, les rayons cosmiques pénètrent plus profondément et interagissent avec les molécules d'azote contenant ¹⁴ N. En conséquence, il y a une différence dans l'abondance des molécules avec ¹⁴ N et ¹⁵ N. L'équipe a révélé que l'acétonitrile dans la stratosphère est plus abondant dans ¹⁴ N que ceux d'autres molécules azotées précédemment mesurées.

"Nous supposons que les rayons cosmiques galactiques jouent un rôle important dans l'atmosphère des autres corps du système solaire, " dit Hideo Sagawa, professeur agrégé à l'Université Sangyo de Kyoto et membre de l'équipe de recherche. « Le processus pourrait être universel, comprendre le rôle des rayons cosmiques dans Titan est donc crucial dans l'ensemble de la science planétaire."

Titan est l'un des objets les plus populaires dans les observations d'ALMA. Les données obtenues avec ALMA doivent être calibrées pour éliminer les fluctuations dues aux variations de la météo sur place et aux problèmes mécaniques. Pour le référencement, le personnel de l'observatoire pointe souvent le télescope vers des sources lumineuses, comme Titan, de temps en temps dans les observations scientifiques. Par conséquent, une grande quantité de données Titan est stockée dans les archives scientifiques d'ALMA. Iino et son équipe ont fouillé dans les archives et ré-analysé les données Titan et trouvé des empreintes digitales subtiles de très petites quantités de CH 3 C 15 N.

Ces résultats d'observation sont publiés dans T. Iino et al. " ¹⁴ N/ ¹⁵ N rapport isotopique dans CH 3 CN de l'atmosphère de Titan mesuré avec ALMA" dans le Journal d'astrophysique publié en février 2019.