Les scientifiques ont longtemps été intrigués par l'existence de ce que l'on appelle les « buckyballs » – des molécules de carbone complexes avec une structure semblable à un ballon de football – dans tout l'espace interstellaire. Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université de l'Arizona a proposé un mécanisme pour leur formation dans une étude publiée dans le Lettres de revues astrophysiques .

Carbone 60, ou C 60 pour faire court, dont le nom officiel est Buckminsterfullerene, se présente sous forme de molécules sphériques constituées de 60 atomes de carbone organisés en cycles à cinq et six chaînons. Le nom "buckyball" vient de leur ressemblance avec le travail architectural de Richard Buckminster Fuller, qui a conçu de nombreuses structures de dôme qui ressemblent à C 60 . On pensait que leur formation n'était possible qu'en laboratoire jusqu'à ce que leur détection dans l'espace remette en question cette hypothèse.

Depuis des décennies, les gens pensaient que l'espace interstellaire n'était parsemé que de molécules légères :principalement des atomes simples, molécules à deux atomes et parfois des molécules à neuf ou 10 atomes. C'était jusqu'à ce que le massif C 60 et C 70 molécules ont été détectées il y a quelques années.

Les chercheurs ont également été surpris de découvrir qu'ils étaient composés de carbone pur. Dans le laboratoire, C 60 est fabriqué en faisant exploser des sources de carbone pur, comme le graphite. Dans l'espace, C 60 a été détecté dans les nébuleuses planétaires, qui sont les débris d'étoiles mourantes. Cet environnement en compte environ 10, 000 molécules d'hydrogène pour chaque molécule de carbone.

"Tout hydrogène devrait détruire la synthèse du fullerène, " a déclaré Jacob Bernal, doctorant en astrobiologie et chimie, auteur principal de l'article. "Si vous avez une boîte de balles, et pour chaque 10, 000 boules d'hydrogène vous avez un carbone, et tu continues à les secouer, Quelle est la probabilité que vous obteniez 60 carbones pour coller ensemble ? C'est très peu probable."

Bernal et ses co-auteurs ont commencé à enquêter sur le C 60 mécanisme après avoir réalisé que le microscope électronique à transmission, ou TEM, logé à l'installation d'imagerie et de caractérisation des matériaux Kuiper à UArizona, était capable de simuler assez bien l'environnement de la nébuleuse planétaire.

Le TEM, qui est financé par la National Science Foundation et la NASA, a un numéro de série de "1" car c'est le premier du genre au monde avec sa configuration exacte. Ses 200, Un faisceau d'électrons de 000 volts peut sonder la matière jusqu'à 78 picomètres, des échelles trop petites pour que le cerveau humain puisse les comprendre, afin de voir des atomes individuels. Il fonctionne sous vide avec des pressions extrêmement basses. Cette pression, ou l'absence de, dans le MET est très proche de la pression dans les environnements circumstellaires.

"Ce n'est pas que nous ayons nécessairement adapté l'instrument pour avoir ces types de pressions spécifiques, " a déclaré Tom Zega, professeur agrégé au UArizona Lunar and Planetary Lab et co-auteur de l'étude. "Ces instruments fonctionnent à ce genre de pressions très basses non pas parce que nous voulons qu'ils soient comme des étoiles, mais parce que les molécules de l'atmosphère gênent lorsque vous essayez de faire de l'imagerie à haute résolution avec des microscopes électroniques. »

L'équipe s'est associée à l'Argonne National Lab du département américain de l'Énergie, près de Chicago, qui a un MET capable d'étudier les réponses aux rayonnements des matériaux. Ils ont placé du carbure de silicium, une forme commune de poussière faite dans les étoiles, dans l'environnement basse pression du MET, l'a soumis à des températures allant jusqu'à 1, 830 degrés Fahrenheit et l'ont irradié avec des ions xénon de haute énergie.

Puis, il a été ramené à Tucson pour que les chercheurs puissent utiliser la résolution plus élevée et les meilleures capacités analytiques du MET UArizona. Ils savaient que leur hypothèse serait validée s'ils observaient la perte de silicium et l'exposition de carbone pur.

"Assez sur, le silicium s'est détaché, et vous vous êtes retrouvé avec des couches de carbone dans des ensembles d'anneaux à six chaînons appelés graphite, " a déclaré la co-auteure Lucy Ziurys, Professeur régent d'astronomie, chimie et biochimie. "Et puis quand les grains avaient une surface inégale, anneaux à cinq et six membres formés et constitués de structures sphériques correspondant au diamètre de C 60 . Donc, nous pensons que nous voyons C 60 ."

Ce travail suggère que C 60 est dérivé de la poussière de carbure de silicium produite par les étoiles mourantes, qui est alors frappé par des températures élevées, ondes de choc et particules de haute énergie, éliminant le silicium de la surface et laissant le carbone derrière lui. Ces grosses molécules sont dispersées parce que les étoiles mourantes éjectent leur matière dans le milieu interstellaire, les espaces entre les étoiles, ce qui explique leur présence en dehors des nébuleuses planétaires. Les Buckyballs sont très stables aux radiations, leur permettant de survivre pendant des milliards d'années s'ils sont protégés de l'environnement hostile de l'espace.

"Les conditions dans l'univers où nous nous attendrions à ce que des choses complexes soient détruites sont en fait les conditions qui les créent, " Bernal a dit, ajoutant que les implications des résultats sont infinies.

"Si ce mécanisme forme C 60 , il forme probablement toutes sortes de nanostructures de carbone, " dit Ziurys. " Et si vous lisez la littérature chimique, ceux-ci sont tous considérés comme des matériaux synthétiques fabriqués uniquement en laboratoire, et encore, l'espace interstellaire semble les fabriquer naturellement."

Si les résultats sont un signe, il semble que l'univers a plus à nous dire sur le fonctionnement réel de la chimie.