Une équipe de scientifiques a découvert une nouvelle voie possible vers la formation de structures de carbone dans l'espace à l'aide d'une technique d'exploration chimique spécialisée au Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie.

Les recherches de l'équipe ont maintenant identifié plusieurs voies par lesquelles les molécules annelées appelées hydrocarbures aromatiques polycycliques, ou HAP, peut se former dans l'espace. La dernière étude fait partie d'un effort en cours pour retracer les étapes chimiques menant à la formation de molécules complexes contenant du carbone dans l'espace lointain.

Les HAP, également présents sur Terre dans les émissions et la suie provenant de la combustion de combustibles fossiles, pourraient fournir des indices sur la formation de la chimie de la vie dans l'espace en tant que précurseurs des nanoparticules interstellaires. On estime qu'ils représentent environ 20% de tout le carbone de notre galaxie, et ils ont les blocs de construction chimiques nécessaires pour former des structures de carbone 2D et 3D.

Dans la dernière étude, Publié dans Communication Nature , les chercheurs ont produit une chaîne de bagues, molécules contenant du carbone en combinant deux espèces chimiques hautement réactives appelées radicaux libres car elles contiennent des électrons non appariés. L'étude a finalement montré comment ces processus chimiques pourraient conduire au développement de HAP de type graphène contenant du carbone et de nanostructures 2D. Le graphène est une couche d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome.

Surtout, l'étude a montré un moyen de connecter un anneau moléculaire à cinq côtés (en forme de pentagone) avec un anneau moléculaire à six côtés (hexagonal) et de convertir également des anneaux moléculaires à cinq côtés en anneaux à six côtés, qui est un tremplin vers une gamme plus large de grandes molécules de HAP.

"C'est quelque chose que les gens ont essayé de mesurer expérimentalement à haute température mais n'ont pas encore fait, " a déclaré Musahid Ahmed, un scientifique de la division des sciences chimiques du Berkeley Lab. Il a dirigé les expériences de mélange chimique à la source de lumière avancée (ALS) de Berkeley Lab avec le professeur Ralf I. Kaiser de l'Université d'Hawaï à Manoa. "Nous pensons qu'il s'agit d'une autre voie pouvant donner lieu à des HAP."

Le professeur Alexander M. Mebel de la Florida International University a participé au travail informatique de l'étude. Des études antérieures menées par la même équipe de recherche ont également identifié quelques autres voies de développement des HAP dans l'espace. Les études suggèrent qu'il pourrait y avoir plusieurs voies chimiques pour que la chimie de la vie prenne forme dans l'espace.

"Cela pourrait être tout ce qui précède, pour qu'il n'y en ait pas qu'un, " a déclaré Ahmed. "Je pense que c'est ce qui rend cela intéressant."

Les expériences à l'ALS de Berkeley Lab - qui produit des rayons X et d'autres types de lumière soutenant de nombreux types d'expériences simultanées - ont utilisé un réacteur chimique portable qui combine des produits chimiques puis les projette pour étudier les réactifs formés dans le réacteur chauffé.

Les chercheurs ont utilisé un faisceau lumineux accordé à une longueur d'onde connue sous le nom d'« ultraviolet sous vide » ou VUV produit par l'ALS, couplé à un détecteur (appelé spectromètre de masse à temps de vol à réflectron), pour identifier les composés chimiques qui sortent du réacteur à des vitesses supersoniques.

La dernière étude a combiné les radicaux chimiques CH3 (radical méthyle aliphatique) avec C9H7 (radical 1-indényle aromatique) à une température d'environ 2, 105 degrés Fahrenheit pour finalement produire des molécules d'un HAP connu sous le nom de naphtalène (C10H8) qui est composé de deux cycles benzéniques joints.

Les conditions requises pour produire du naphtalène dans l'espace sont présentes au voisinage des étoiles riches en carbone, l'étude a noté.

Les réactifs produits à partir de deux radicaux, les notes d'étude, avait été théorisé mais n'avait pas été démontré auparavant dans un environnement à haute température en raison de défis expérimentaux.

"Les radicaux sont de courte durée - ils réagissent avec eux-mêmes et réagissent avec tout ce qui les entoure, " a dit Ahmed. " Le défi est, 'Comment générer deux radicaux en même temps et au même endroit, dans un environnement extrêmement chaud ?' Nous les avons chauffés dans le réacteur, ils sont entrés en collision et ont formé les composés, puis nous les avons expulsés du réacteur."

Kaiser a dit, « Depuis plusieurs décennies, des réactions radicalaires ont été supposées former des structures aromatiques dans les flammes de combustion et dans l'espace lointain, mais il n'y a pas eu beaucoup de preuves pour soutenir cette hypothèse. "La présente expérience fournit clairement des preuves scientifiques que les réactions entre les radicaux à des températures élevées forment des molécules aromatiques telles que le naphtalène."

Alors que la méthode utilisée dans cette étude cherchait à détailler comment des types spécifiques de composés chimiques se forment dans l'espace, les chercheurs ont noté que les méthodes utilisées peuvent également éclairer des études plus larges de réactions chimiques impliquant des radicaux exposés à des températures élevées, comme dans les domaines de la chimie des matériaux et de la synthèse des matériaux.