Le télescope spatial James Webb (JWST) a déverrouillé les profondeurs de l'espace interstellaire avec une clarté sans précédent, offrant à l'humanité une fenêtre haute résolution sur le cosmos. Exploitant cette nouvelle capacité, une équipe internationale de chercheurs a décidé d'étudier comment les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) – molécules organiques et acteurs clés de la chimie cosmique – consultent les conditions difficiles de l'espace et découvrent le mécanisme derrière leur résilience.
Les HAP ont été repérés dans des nuages moléculaires froids, où ils subissent un bombardement constant à partir du rayonnement ultraviolet à haute énergie et des rayons cosmiques. Ces particules énergiques devraient non seulement ioniser et se fragmenter, mais également détruire les molécules, mais elles restent intactes.
Une nouvelle étude publiée dans Lettres d'examen physique Les rapports selon lesquels les HAP à coque fermée, tels que l'indényle cation, utilisent une stratégie de survie surprenante: au lieu de se séparer, ils dissipent efficacement l'énergie excessive par fluorescence récurrente et émission infrarouge. Ce mécanisme intelligent leur permet de résister aux conditions extrêmes de l'espace beaucoup plus efficacement qu'on ne le pensait auparavant.
Les HAP sont dispersés dans l'espace interstellaire, servant de l'un des plus grands réservoirs de carbone de la galaxie, détenant jusqu'à 10% à 25% de l'élément essentiel pour le bâtiment de la vie. Ces molécules ont des signatures infrarouges uniques, détectées à l'aide de l'astronomie des émissions radio et infrarouges.
Les données infrarouges hautement sensibles de JWST – ensemble avec des résultats antérieurs du télescope spatial Spitzer – ont confirmé que les HAP sont répandus dans tout l'espace. Des HAP à coque fermée ont été détectés dans des nuages interstellaires sombres, tandis que leurs homologues ionisés devraient être présents dans des régions plus lumineuses et formant des étoiles.
Des expériences de laboratoire antérieures étudiant ces molécules organiques ont montré que les cations radicales des HAP à coque ouverte refroidissent leur excès d'énergie par une fluorescence récurrente – un type de fluorescence qui se produit lorsqu'une molécule qui s'est détendue à un état électronique plus faible absorbe la chaleur pour être réexcitée, puis émet un photon à son état fondamental à son état fondamental. Ces études, cependant, n'ont analysé ce phénomène qu'en espèces radicales et non des HAP à coque fermée neutre que le JWST a observé.
Pour cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur l'indényle cation (C₉H₇⁺), une HAP à coque fermée pertinente pour les nuages interstellaires. Les conditions interstellaires froides ont été simulées à l'aide de Desiree, un cycle de stockage électrostatique à faisceau d'ions à Stockholm, qui peut stocker des ions pendant des heures à des températures cryogéniques (~ 13 K) et des pressions ultra-bas. Les ions C₉H₇⁺ dans l'anneau ont été énergisés en interne pour imiter les conditions après des collisions énergétiques.
L'équipe a ensuite regardé comment les ions se comportaient – ont-ils perdu de l'énergie en fragmentant ou par refroidissement radiatif? Les données collectées ont ensuite été analysées à l'aide du modèle d'équation maître (modélisation théorique) et de la dynamique moléculaire ab initio (technique de chimie de calcul).
Le résultat a indiqué que l'indényl cation s'est refroidi efficacement via une combinaison d'émission IR et en particulier de RF, même lorsqu'elle a commencé avec des énergies vibratoires jusqu'à 5,85 eV, qui est bien au-dessus de son seuil de dissociation. La RF s'est avérée être le mécanisme de refroidissement dominant aux énergies internes élevées, beaucoup plus efficaces que l'émission IR seule. De plus, les données expérimentales correspondaient bien au modèle d'équation maître lorsque les modèles incluaient RF au lieu de l'exclure, en rétablissant son importance dans le processus de stabilisation radiative.
Les chercheurs notent que leurs résultats aident à expliquer pourquoi les HAP à coque fermée sont plus abondants dans l'espace que prévu – une idée essentielle pour améliorer les modèles de chimie interstellaire.
Écrit pour vous par notre auteur Sanjukta Mondal, édité par Lisa Lock, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
