Astrochimie : Modélisation de la formation des fullerènes à partir des HAP par rayonnement cosmique

Une équipe internationale de chercheurs, comprenant des experts de l'Université du Colorado à Boulder, a mené des expériences de laboratoire novatrices simulant les réactions chimiques qui se déroulent dans l'espace lointain. Ces travaux pionniers visent à décrypter l'alchimie cosmique. Les résultats de cette étude, publiés dans le prestigieux Journal of the American Chemical Society, proposent une explication particulièrement convaincante du mécanisme de formation des fullerènes, et plus spécifiquement du célèbre buckminsterfullerène (C60), des molécules carbonées qui sont étonnamment omniprésentes dans le milieu interstellaire. L'hypothèse centrale avancée par les scientifiques est que le rayonnement cosmique agit comme un catalyseur essentiel, transformant les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) — des molécules organiques courantes — en ces structures carbonées sphériques.

Cette transformation est considérée comme une étape cruciale dans l'évolution chimique de l'Univers, car elle pave la voie à l'émergence de composés organiques complexes, jugés indispensables à la formation ultérieure des étoiles et des systèmes planétaires. Afin de reproduire fidèlement les conditions spatiales extrêmes, les chercheurs ont soumis deux petites molécules de HAP — l'anthracène et le phénanthrène — à un bombardement ciblé par des faisceaux d'électrons. Ce processus énergétique a déclenché la perte d'atomes d'hydrogène et a provoqué un réarrangement structurel radical au sein des molécules. Au cours de cette réorganisation forcée, les atomes de carbone ont commencé à adopter des configurations géométriques complexes, notamment des structures hexagonales et pentagonales.

L'issue inattendue de cette modélisation en laboratoire révèle que les molécules intégrant des structures pentagonales pourraient représenter le chaînon manquant assurant la transition des HAP vers des fullerènes stables. Ces découvertes revêtent une importance capitale pour l'astrophysique, car elles suggèrent un mécanisme de formation des fullerènes dans l'espace qui est à la fois hautement probable et potentiellement très répandu. Les fullerènes générés par cette voie chimique spécifique pourraient être identifiés et confirmés grâce aux instruments de pointe disponibles aujourd'hui, y compris le télescope spatial James Webb.

L'identification et la cartographie de ces molécules complexes offrent à la communauté scientifique l'opportunité d'approfondir sa compréhension des processus chimiques fondamentaux qui orchestrent la genèse des étoiles et des systèmes planétaires entiers. Ce travail de recherche majeur opère un changement de paradigme significatif : il déplace l'attention des processus à très haute énergie, tels que les explosions cataclysmiques de supernovae, qui étaient auparavant considérés comme les principaux moteurs de la formation des fullerènes, vers un processus beaucoup plus progressif et omniprésent, induit par l'exposition au rayonnement cosmique. Par conséquent, la compréhension détaillée de cette nouvelle voie de synthèse chimique ne fait pas qu'expliquer la présence massive et abondante de C60 dans le cosmos; elle élargit également considérablement notre perspective sur la manière dont, à partir d'éléments simples, peuvent émerger les précurseurs moléculaires nécessaires à l'apparition potentielle de la vie dans l'Univers.