Les chercheurs prévoient de synthétiser une classe de composés chimiques pour déterminer s'ils constituent un élément important pour la fabrication des galaxies.

L'équipe de l'Imperial College de Londres a reçu un financement de démarrage de l'Institute of Molecular Science and Engineering (IMSE) pour aller de l'avant avec un nouveau projet. L'objectif est d'utiliser la chimie de synthèse pour préparer plusieurs hydrocarbures aromatiques aza-polycycliques (aza-HAP) qui sont proposés pour faire partie du milieu interstellaire. Les composés cibles sont très rares sur Terre et pourraient détenir la clé pour mieux comprendre la naissance des étoiles, et la formation des systèmes solaires et des galaxies.

Professeur Mark Sephton, Chef du Département des sciences et de l'ingénierie de la Terre, avec le Dr Wren Montgomery, également du département, font équipe avec le Dr Matthew Fuchter, du Département de chimie de l'Impériale. Ce groupe est l'un des premiers, ainsi que six autres nouveaux projets de recherche pour recevoir un financement de l'initiative de financement de démarrage de preuve de concept de l'IMSE.

Colin Smith a rencontré les Drs Montgomery et Fuchter pour en savoir plus sur les aza-HAP et sur ce que leur synthèse en laboratoire pourrait signifier pour notre compréhension de l'univers.

Dr Wren Montgomery, Département des sciences et de l'ingénierie de la Terre

Que sont les aza-HAP ?

Ceux-ci sont constitués d'anneaux d'atomes de carbone avec quelques atomes d'azote. Les scientifiques les classent comme « plus petits » ou « plus grands » selon le nombre d'anneaux de carbone qu'ils contiennent.

Où les trouve-t-on ?

Sur Terre, les petits aza-HAP (deux à trois anneaux) sont des polluants associés à l'asphalte et au goudron.

Dans l'univers plus large, les plus gros aza-HAP (sept anneaux ou plus) sont considérés comme un élément clé du milieu interstellaire (ISM). C'est la matière qui existe dans l'espace entre les systèmes d'étoiles dans les galaxies. Cette matière comprend le gaz en ionique, atomique, et formes moléculaires, ainsi que la poussière et les rayons cosmiques. Il remplit l'espace interstellaire et se fond en douceur dans l'espace intergalactique environnant.

Les scientifiques pensent que les plus gros aza-HAP sont des ingrédients importants de l'ISM, mais il n'a pas été possible auparavant d'obtenir suffisamment d'échantillons purs de ceux-ci sur Terre pour prendre des mesures en laboratoire afin de déterminer si cette hypothèse est correcte.

Comment ce financement de démarrage nous aidera-t-il à en savoir plus sur eux ?

Nous prévoyons de créer des aza-HAP synthétiques en laboratoire et de les étudier à l'aide d'un appareil appelé spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), qui utilise la lumière dans le spectre infrarouge pour étudier les molécules en détail.

Actuellement, les astronomes utilisent des instruments infrarouges pour étudier l'ISM. Nous prévoyons de faire une comparaison directe entre nos échantillons synthétisés et l'ISM réel. Cela nous aidera à révéler la nature et la distribution des éléments constitutifs organiques du cosmos et de ses systèmes planétaires.

Nous prévoyons également d'étudier les aza-HAP dans des environnements à haute pression. Cela nous aidera à comprendre comment ils sont altérés ou éventuellement détruits par les processus de formation des étoiles et des planètes.

Si vous réussissez à créer des aza-PAH en laboratoire, qu'est-ce que cela pourrait nous dire sur l'univers ?

Premièrement, disposer d'un échantillon permet de vérifier les modèles existants développés par les scientifiques et de nous dire si les aza-HAP sont présents ou non dans l'ISM.

S'ils sont présents, alors leur comportement sous haute pression nous dira quelque chose sur ce qui leur arrive lorsque le nuage moléculaire se condense et forme des planètes. Ils sont très rares sur Terre aujourd'hui, alors peut-être notre travail pourra-t-il faire la lumière sur où sont-ils allés.

Quels sont les défis de ce projet ?

Cette classe de composés chimiques sera très difficile à "fabriquer" en laboratoire. Nous couvrirons de nouveaux horizons dans notre façon de travailler avec Mark Fuchter du département de chimie de l'Impériale. L'un des grands défis pour nous sera de trouver un moyen pour nos deux sciences différentes de « parler » entre elles afin que nous puissions atteindre nos objectifs. Ce sera un processus très excitant et créatif.

Dr Matthieu Fuchter, Département de Chimie

Quelles qualités uniques apporterez-vous à ce projet ?

Mon groupe possède une expertise en chimie de synthèse :la capacité à construire des molécules plus complexes à partir de précurseurs simples.

En particulier, nous avons développé des méthodes pour construire des composés aromatiques polycycliques - une classe moléculaire cible clé pour notre recherche - et avons donc le bon bagage pour essayer de construire les molécules cibles nécessaires à ce projet.

Pourquoi ce financement de démarrage est-il important?

Ces molécules cibles n'ont jamais été fabriquées en quantités suffisantes pour être pleinement caractérisées par les scientifiques, leur synthèse et leur étude seraient donc une première mondiale.

Y a-t-il d'autres applications pour cette recherche?

En dehors des objectifs spécifiques de ce projet, les composés chimiques devraient avoir d'autres applications intéressantes. Par exemple, ils pourraient être utilisés dans la construction d'appareils électroniques organiques. Un exemple clé de la technologie électronique organique actuelle sont les diodes électroluminescentes, qui sont actuellement utilisés dans les écrans de smartphone.

Mon groupe, avec des collaborateurs du département de physique de l'Impériale, a un programme de recherche en cours, qui concerne l'utilisation de nouvelles molécules aromatiques condensées dans de nouveaux dispositifs et matériaux. Par conséquent, ce projet pourrait en plus amorcer d'autres nouvelles directions de recherche pour mes collaborateurs et moi.

Quels sont les avantages d'être aligné avec l'IMSE ?

L'un des principaux objectifs de l'IMSE est de favoriser de nouvelles collaborations entre les quatre facultés de l'Impériale autour de projets ambitieux de grands défis. Grâce à leur programme de financement d'amorçage, Marque, Wren et moi avons établi une nouvelle collaboration entre des départements aux forces complémentaires pour travailler sur un projet passionnant, nouvelle zone de projet intégrée.