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Posté par Adrien le Mardi 12/06/2018 à 00:00
Un maser interstellaire révélé grâce à des calculs quantiques
Une équipe franco-américaine composée d'un chercheur de l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG) en collaboration avec des scientifiques du laboratoire "Ondes et Milieux Complexes" (LOMC) et de l'Université de Virginie, vient de déterminer avec précision les probabilités de transitions collisionnelles d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les...), la méthanimine, grâce à des calculs quantiques. Ce travail théorique a permis d'expliquer la signature spectrale à 5.29 GHz de cette molécule découverte en 1973 dans le centre galactique: il s'agît d'un effet MASER. Ce résultat ouvre la voie à la détection de nouvelles molécules organiques dans le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extrêmement...).


Spectre de la méthanimine à 5.29 GHz en direction des nuages moléculaires du centre galactique. En bleu le spectre observé avec le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la...) de Green Bank (Virginie, USA). En rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) le modèle MASER. Crédits: Alexandre Faure.

Des molécules sont observées partout dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), depuis les objets du Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant...) (météorites, comètes, planètes, etc.) jusqu'aux étoiles et galaxies lointaines. Dans le milieu interstellaire, là où se forment les futures étoiles de notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.), les astronomes ont identifié plus de 200 espèces chimiques différentes dont des précurseurs de biomolécules comme le cyanure (Les cyanures sont les composés de l'anion CN-, formé d'un atome de carbone lié par une liaison triple à un atome d'azote. L'ion CN- est la base conjuguée de l'acide...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (HCN), l'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale...) (NH3) ou le formaldéhyde (H2CO). Les imines (molécules contenant une liaison chimique -C=N) constituent une famille particulière car elles sont les précurseurs possibles des acides aminés (briques de base des protéines). L'étude des imines dans l'espace peut ainsi nous éclairer sur l'origine de la vie (Cet article est consacré aux origines de la vie d'un point de vue scientifique. Les aspects mythiques et religieux sont traités dans l'article Cosmogonie. La...) dans l'Univers.

La méthanimine (H2C=NH) est l'imine la plus simple. Elle a été découverte dans le milieu interstellaire en 1973, en direction du centre galactique, grâce à une signature spectrale à 5.29 GHz. La forte intensité du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) impliquait une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) anormalement élevée de méthanimine dans cette région de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.). Une explication possible était qu'une inversion de population produisait une amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) du signal, c'est-à-dire un MASER, analogue au célèbre effet LASER (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.). Dans le milieu interstellaire les pressions sont en effet si faibles que les collisions ne sont pas assez fréquentes pour thermaliser l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le...) des molécules. Les effets hors-équilibre y sont la norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen...) plutôt que l'exception. Afin de valider ce scénario, il restait néanmoins à connaître les taux de transitions collisionnelles avec une précision suffisante. C'est ce qui a été réalisé par les chercheurs de Grenoble et du Havre qui ont déterminé ces taux à l'aide d'une approche quantique. Ils ont ainsi pu modéliser le spectre de la méthanimine dans les conditions du centre galactique et confirmer l'inversion de population attendue. Ils ont par ailleurs reproduit le signal observé par le télescope géant de Green Bank (Virginie occidentale) avec une grande précision (cf. Figure).

Ce résultat permet d'envisager la détection de nouvelles espèces chimiques très peu abondantes dans le milieu interstellaire grâce à l'effet MASER qui amplifie un signal autrement indétectable. L'identification de nouvelles molécules permettra à son tour d'enrichir notre compréhension de la chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) et de la complexification de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière...) dans les conditions extrêmes de l'espace.

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Source: CNRS-INSU
 
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