Les fullerènes, découverts en 1985 et récompensés par le prix Nobel, sont des molécules de carbone stables qui pourraient aider à comprendre l'organisation de la matière organique de l'univers, en raison de leur présence dans l'espace et de leur potentiel à transporter des molécules complexes. L'image ci-dessus représente le centre de la nébuleuse planétaire M57, prise par l'astrophotographe Dr Robert Gendler et John Bozeman. Crédit : NASA/ESA
Les fullerènes sont de grosses molécules de carbone complexes connues pour leur durabilité. Leurs atomes sont disposés dans des structures sphériques tridimensionnelles présentant un motif d’hexagones et de pentagones alternés. Cet agencement ressemble à un ballon de football dans le cas des fullerènes C60 et à un ballon de rugby pour les fullerènes C70.
Ces molécules ont été découvertes en laboratoire en 1985, ce qui a valu 11 ans plus tard le prix Nobel de chimie à leurs trois découvreurs. Depuis lors, il y a eu de nombreux exemples de preuves observationnelles de leur existence dans l'espace, en particulier dans les nuages de gaz autour de vieilles étoiles mourantes de la taille du Soleil, appelées nébuleuses planétaires, qui ont été expulsées des couches externes des étoiles vers la fin. de leur vie.
Comme ces molécules sont très stables et difficiles à détruire, on pense que les fullerènes peuvent agir comme des cages pour d'autres molécules et atomes, de sorte qu'ils auraient pu amener des molécules complexes sur Terre, ce qui aurait donné l'impulsion au début de la vie. Leur étude est donc importante pour la compréhension des processus physiques fondamentaux qui participent à l’organisation de la matière organique dans l’univers.
Une empreinte chimique inconnue
La spectroscopie est essentielle pour la recherche et l'identification des fullerènes dans l'espace. La spectroscopie permet d'étudier la matière composant l'univers en analysant les empreintes chimiques faites par les atomes et les molécules sur la lumière qui nous parvient d'eux.
Une étude récente, entièrement dirigée par l'IAC, a analysé les données spectroscopiques infrarouges obtenues précédemment à partir de télescopes spatiaux, de la nébuleuse planétaire Tc1. Ces spectres montrent des raies spectrales indiquant la présence de fullerènes, mais montrent également des bandes infrarouges plus larges (UIR pour leurs initiales en anglais) qui sont largement détectées dans l'univers, depuis les petits corps du système solaire jusqu'aux galaxies lointaines.
« L'identification du produit chimique espèces qui provoque cette émission infrarouge, largement présente dans l'univers, était un mystère astrochimique, même si on a toujours pensé qu'elle était riche en carbone, l'un des éléments fondamentaux de la vie », explique Marco A. Gómez Muñoz, chercheur de l'IAC, qui a dirigé cette étude.
Une nouvelle origine pour les fullerènes
Afin d'identifier ces bandes mystérieuses, l'équipe de recherche a reproduit l'émission infrarouge de la nébuleuse planétaire Tc 1. L'analyse des bandes d'émission a montré la présence de grains de carbone hydrogéné amorphe (HAC). Ces composés de carbone et d'hydrogène dans un état très désordonné, très abondants dans les enveloppes des étoiles mourantes, peuvent expliquer l'émission infrarouge de cette nébuleuse.
« Nous avons combiné pour la première fois les constantes optiques de HAC, obtenues à partir d'expériences en laboratoire, avec des modèles de photoionisation, et ce faisant, nous avons reproduit l'émission infrarouge de la nébuleuse planétaire Tc 1, très riche en fullerènes », explique Domingo Anibal García Hernández, chercheur de l'IAC et co-auteur de l'article.
Pour l'équipe de recherche, la présence du même objet de HAC et de fullerènes conforte la théorie selon laquelle les fullerènes auraient pu se former lors du processus de destruction des grains de poussière, par exemple par interaction avec le rayonnement ultraviolet, beaucoup plus énergétique que la lumière visible. .
Avec ce résultat, les scientifiques ouvrent la voie à de futures recherches basées sur une collaboration entre la chimie de laboratoire et l’astrophysique. « Nos travaux montrent clairement le grand potentiel de la science et de la technologie interdisciplinaires pour réaliser des avancées fondamentales en astrophysique et en astrochimie », conclut Gómez Muñoz.
