En regardant le ciel nocturne, on pourrait penser à l'astrochimie. Quelles molécules se trouvent dans les vastes espaces entre les étoiles ? Verrions-nous les mêmes molécules qui nous entourent ici sur Terre ? Ou certains d'entre eux seraient-ils plus exotiques, quelque chose de rarement observé ou même d'inconnu ?

Des recherches récentes menées par une équipe multinationale dirigée par le professeur Robert Kołos de l'Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences ont révélé une molécule inhabituelle obtenue et détectée pour la première fois dans des conditions de laboratoire et a également ouvert la voie à une production et à une étude plus approfondies. un autre. Maintenant qu'ils peuvent être vus et étudiés, ils peuvent s'avérer dignes d'un intérêt astrochimique plus large.

Nuages ​​interstellaires, là où l'histoire commence...

Le milieu qui imprègne l'espace entre les étoiles est principalement rempli d'hydrogène, hélium, et la poussière cosmique. Cependant, les distances moyennes entre les atomes ou les molécules de ces nuages ​​interstellaires sont si vastes que des jours entiers peuvent s'écouler avant qu'ils n'entrent en collision. Dans le vide de l'espace, le passage du temps et l'impact des rayonnements sont des facteurs cruciaux pour le développement de composés chimiques plus avancés.

Comme les conditions physiques trouvées dans les nuages ​​interstellaires sont radicalement différentes de celles de notre planète, la détection de certains des composés chimiques qui s'y trouvent nécessite des études avancées sur Terre. Dans le cadre de cela, les scientifiques créent des molécules qui sont normalement instables dans les conditions terrestres, puis mènent des recherches sur leurs propriétés. Ils les découvrent d'abord sur Terre afin que nous puissions les détecter plus facilement dans l'espace. Ça a l'air intéressant, mais à quoi cela ressemble-t-il en pratique?

Ménagerie de phosphore

Jupiter et Saturne sont à l'honneur dans notre propre système solaire depuis plus de deux décennies en raison de la détection de la phosphine (PH 3 ), l'analogue de l'ammoniac, dans leurs atmosphères. En 2020, tous les yeux se sont tournés vers Vénus suite aux affirmations selon lesquelles PH 3 avait également été trouvé dans son atmosphère. L'apparition de la phosphine dans un objet astronomique est capitale en raison de son immense importance pour les organismes vivants.

Les molécules contenant du phosphore sont cruciales pour les processus enzymatiques qui sont responsables de la formation des matériaux structuraux de nos squelettes, les acides nucléiques comme l'ADN et l'ARN, et même le transport d'énergie dans toutes les cellules vivantes. Bien qu'il soit le 6e élément le plus abondant de la biomasse terrestre et le 12e plus abondant sur la planète en général, il est un milliard de fois moins abondant dans le milieu interstellaire. En raison de leur rareté, la détection de molécules contenant du P dans les nuages ​​interstellaires continue d'intriguer les scientifiques.

Nous savons très peu de choses sur le comportement et l'existence des molécules contenant du P dans des conditions interstellaires extrêmes. Seuls quelques-uns ont été trouvés et se limitent à la PN, CP, bon de commande, HCP, PCC, PH 3 , et PNCE. Parmi ceux-ci, seuls PO et PN ont été détectés dans les nuages ​​moléculaires. Il est possible que la faible abondance de réactifs contenant du phosphore dans de tels milieux rende la formation de molécules plus grosses assez rare et difficile à détecter. Nous devons également caractériser une plus grande variété de produits chimiques contenant du P afin que notre recherche puisse être étendue pour inclure une plus grande sélection de cibles appropriées. La recherche de nouvelles molécules est difficile car de nombreuses espèces connues et prometteuses contenant du phosphore sont instables dans des conditions de laboratoire typiques.

Les chercheurs IPC PAS :Dr. Arun-Libertsen Lawzer, Dr Thomas Custer, et le professeur Robert Kołos, travaillant en collaboration avec le Prof. Jean-Claude Guillemin de l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (France) ont récemment présenté un Synthèse cryogénique assistée par UV de la molécule HCCP, ouvrant de nouvelles possibilités pour l'étude spectroscopique de ce composé chimique inhabituel. Il a été détecté par spectroscopie infrarouge et UV-vis. Cette caractérisation devrait être utile pour d'éventuelles futures détections extraterrestres.

"Nous utilisons les ultraviolets pour déshydrogéner des molécules organiques contenant du phosphore afin de produire des espèces exotiques de phosphore. Nous avons pu produire du triplet HCCP qui est une molécule d'importance astrochimique. L'astuce pour la détecter consiste à utiliser l'environnement d'un gaz inerte congelé, " remarque le Dr Lawzer.

Les expérimentations réalisées dans le cadre du projet, et des études théoriques pertinentes montrent que la molécule a une forme linéaire et une liaison chimique particulière. Le professeur Kołos commente :« Vous avez peut-être entendu à l'époque où vous étiez à l'école que le phosphore était soit 3- ou 5-valent dans ses composés chimiques. ici c'est monovalent, arborant une seule liaison au carbone. C'est assez inhabituel en effet."

Les chercheurs ont également confirmé l'existence de CH 2 =C=PH (phosphoallène), une molécule jamais observée auparavant. Il a été formé le long de la route menant de CH 3 CP (l'espèce précurseur) à HCCP.

Des expériences soutenues par des calculs de chimie quantique, récemment signalé dans Angewandte Chemie , ont prouvé ce qui n'était autrefois qu'une construction théorique. "Si vous demandiez à un chimiste ordinaire, certaines des espèces les plus importantes de la ménagerie astrochimique seraient probablement ridiculisées comme de simples fragments moléculaires plutôt que de véritables molécules, " admet le Pr Kołos.

La caractérisation en laboratoire de composés exotiques comme HCCP et CH 2 =C=PH marque une étape importante vers leur détection extraterrestre. Et de telles détections feraient considérablement progresser nos connaissances concernant l'astrochimie du phosphore. Cela devrait inspirer encore plus de scientifiques à regarder vers les étoiles au-dessus...