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Dans le cosmos, les mystères dépassent de loin ce que nous pouvons observer depuis la Terre. Alors que les supernovae éblouissantes et les constellations chatoyantes captent le regard, les questions les plus profondes résident souvent dans la chimie du milieu interstellaire.
Entre les étoiles se trouve le milieu interstellaire, une vaste étendue de gaz dominée par l'hydrogène, suivi de l'hélium. L'hélium, un gaz rare, est traditionnellement considéré comme inerte sur Terre car il ne forme pas de liaisons dans des conditions ordinaires. Cependant, la physique de l'espace diffère, permettant à l'hélium et à d'autres gaz rares de participer à des réactions impossibles sur notre planète.
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Dans le tableau périodique, la colonne la plus à droite (groupe 18) abrite les gaz rares :hélium, néon, argon, krypton, xénon, radon et oganesson synthétique. Alors que les six premiers sont présents naturellement sur Terre, Oganesson reste une curiosité de laboratoire, découverte seulement en 2002. Les gaz nobles possèdent des coquilles de valence remplies, ce qui les rend réticents à partager ou à donner des électrons. Pourtant, dans l’environnement spatial à faible densité et à haute énergie, les rayonnements ionisants peuvent dépouiller les électrons, permettant ainsi à des atomes autrement inertes de se lier.
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Le lancement de l’Observatoire spatial Herschel de l’ESA en 2009 a permis aux astronomes de détecter la première molécule de gaz noble au-delà de la Terre. En mesurant l'émission infrarouge à 485 µm vers la nébuleuse du Crabe, les scientifiques ont identifié l'argonium (ArH⁺), un complexe protoné argon-hydrogène. L'ionisation de l'argon par les rayons cosmiques fournit le déficit électronique nécessaire à la formation de la liaison. Curieusement, cette molécule incorpore un isotope d’argon différent de celui qui domine l’atmosphère terrestre.
L’hydrure d’hélium (HeH⁺) a longtemps été considéré comme la molécule inaugurale de l’Univers. Formé à partir des deux éléments primordiaux les plus abondants – l’hydrogène et l’hélium – cet ion serait apparu peu après le Big Bang. La première confirmation observationnelle a eu lieu en 2019, lorsqu'une étude publiée dans Nature a signalé HeH⁺ dans une nébuleuse planétaire située à 3 000 années-lumière.