Depuis près d'un demi-siècle, les astrophysiciens et les chimistes organiques ont été à la recherche des origines de C 6 H 6 , l'anneau benzénique - un élégant, molécule hexagonale composée de 6 atomes de carbone et 6 atomes d'hydrogène.

Les astrophysiciens disent que le cycle benzénique pourrait être la pierre angulaire des hydrocarbures aromatiques polycycliques ou HAP, les matériaux les plus basiques formés à partir de l'explosion de la teinture, étoiles riches en carbone. Cette masse de matière tourbillonnante finirait par donner forme aux premières formes de carbone, précurseurs de molécules, selon certains scientifiques, liés à la synthèse des premières formes de vie sur Terre.

Paradoxalement, Les HAP ont un côté sombre, trop. Les processus industriels des raffineries de pétrole brut et le fonctionnement interne des moteurs à combustion à essence peuvent émettre des HAP, qui peut faire boule de neige en polluants atmosphériques toxiques comme la suie.

La manière exacte dont le premier anneau benzénique s'est formé à partir d'étoiles dans l'univers primitif - et comment les moteurs à combustion déclenchent la réaction chimique qui altère l'anneau benzénique en particules de suie polluantes - a longtemps mystifié les scientifiques.

Mais maintenant, chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), l'Université d'Hawaï à Manoa, et la Florida International University ont démontré la première mesure en temps réel, en utilisant des méthodes de laboratoire, de particules instables appelées radicaux libres réagissant dans des conditions cosmiques, incitant les atomes élémentaires de carbone et d'hydrogène à fusionner en cycles benzéniques primaires.

Les chercheurs disent que leurs découvertes, récemment publié dans la revue Avancées scientifiques , sont essentiels pour comprendre comment l'univers a évolué avec la croissance des composés carbonés. Cette idée pourrait également aider l'industrie automobile à fabriquer des moteurs à combustion plus propres.

Un type de radical libre appelé radical propargyle (C 3 H 3 ) est extrêmement réactif en raison de sa propension à perdre un électron, et a été impliqué dans la formation de suie pendant des décennies. Les chercheurs pensaient que la recombinaison de deux radicaux libres propargyle, C 3 H 3 · + C 3 H 3 ·, a donné naissance au premier cycle aromatique, benzène.

L'étude actuelle est la première démonstration de ce qu'on appelle "l'auto-réaction radicale du propargyle" dans des conditions astrochimiques et de combustion. En utilisant une température élevée, réacteur chimique de la taille d'une pièce appelé "buse chaude, " les chercheurs ont simulé la haute pression, environnement à haute température à l'intérieur d'un moteur à combustion ainsi que l'atmosphère riche en hydrocarbures de la lune Titan de Saturne, et observé la formation d'isomères - des molécules ayant la même formule chimique mais des structures atomiques différentes - à partir de deux radicaux propargyle menant au cycle benzénique.

La technique de la buse chaude, quel co-auteur principal Musahid Ahmed, scientifique senior à la division des sciences chimiques du Berkeley Lab, adapté il y a 10 ans à l'Advanced Light Source (ALS) de Berkeley Lab pour des expériences synchrotron, s'appuie sur la spectroscopie ultraviolette sous vide (VUV) pour détecter les isomères individuels. L'ALS est un type d'accélérateur de particules connu sous le nom de synchrotron qui génère des faisceaux de lumière extrêmement brillants allant de l'infrarouge aux rayons X.

Les chercheurs ont piloté la technique pour arrêter l'auto-réaction du radical propargyl - qui se déroule en quelques microsecondes - juste avant les HAP plus gros et la formation de suie qui s'ensuit. Le résultat convaincant soutient les prédictions des expériences menées par le co-auteur principal Ralf Kaiser, professeur de chimie à l'Université d'Hawaï à Manoa, et des simulations de chimie quantique formulées par le co-auteur principal Alexander Mebel, professeur de chimie à la Florida International University.

Ils pensent que cette découverte pourrait un jour conduire à des moteurs à combustion plus propres. Avoir des moteurs à gaz plus efficaces, certains analystes disent, est toujours important, car il faudra peut-être encore 25 ans avant de pouvoir remplacer l'ensemble du parc de voitures à essence par des véhicules électriques (VE). Par ailleurs, équiper les avions et le composant à essence des véhicules électriques hybrides rechargeables de moteurs à combustion plus propres pourrait aider à réduire les émissions de CO 2 émissions contribuant au changement climatique.

Ahmed a déclaré qu'il prévoyait d'étendre les méthodes utilisées pour étudier la croissance des HAP, et sonder d'autres systèmes pertinents pour la mission du DOE, comme le dessalement de l'eau et les sciences de l'environnement.

"Nous aimerions aussi aller attraper un buckyball, C 60 , l'un des plus grands indices de la nature sur les secrets de la symétrie, ", a déclaré Ahmed.

Kaiser a ajouté que leurs recherches pourraient aider les astronomes à dresser une carte du carbone de l'univers, et se concentrer sur les origines cosmiques derrière les cadres de carbone de l'ADN.