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Les premiers résultats présentés dans la revue PNAS montrent que la synthèse des composés organiques extraterrestres primordiaux a pu avoir lieu à des températures élevées (500-1000K) dans des régions de la nébuleuse protosolaire suffisamment ionisées pour initier la synthèse organique.
Le réacteur du Nébulotron en fonctionnement © CRPG (CNRS/Université de Lorraine)
En particulier, cette matière organique insoluble concentre la Phase Q*, porteuse des gaz rares de compositions élémentaire et isotopique primordiales, dont l'origine, inconnue, reste une des grandes questions de la cosmochimie. De même, l'origine des composés organiques extraterrestres est très débattue, et la plupart des scenarii place la synthèse de ces composés organiques dans le milieu interstellaire ou dans les zones externes de la nébuleuse solaire, à très basse température (<40K). Cependant, les expériences réalisées à partir de glaces d'eau et de composés organiques simples n'ont pas permis de reproduire des caractéristiques fondamentales de ces composés organiques extraterrestres, à savoir leurs compositions isotopiques extrêmes de l'hydrogène et de l'azote, ainsi que leur contenu en gaz rares.
Le réacteur du Nébulotron à la fin d'une expérience où l'on peut voir les dépôts solides riches en gaz rares formés sur la paroi du réacteur. © CRPG (CNRS/Université de Lorraine)
La caractérisation détaillée des composés organiques synthétiques met en évidence des propriétés chimiques et physiques très proches de celles observées pour la matière organique insoluble des météorites primitives. D'autre part, les gaz rares piégés dans les solides synthétisés présentent des concentrations ainsi que des compositions élémentaires et isotopiques équivalentes à celles des gaz rares primordiaux portés par la Phase Q des météorites primitives. Ce dernier point démontre l'importance de l'ionisation des gaz, nécessaire à la mise en place des fractionnements élémentaires et isotopiques des gaz rares. C'est la première expérience qui permet de reproduire des caractéristiques à la fois chimiques, structurales et isotopiques des gaz rares de ces matériaux organiques extraterrestres.
Ces résultats expérimentaux conduisent à suggérer que la synthèse des composés organiques insolubles - du moins de leurs précurseurs - et la rétention des gaz rares Q primordiaux dans ces composés ont eu lieu simultanément, probablement à des températures élevées (500-1000 K), et dans les régions de la nébuleuse protosolaire qui étaient suffisamment ionisées pour initier les processus de synthèse organique et de fractionnement élémentaire et isotopique des gaz rares. L'étude de la structure modèle des disques d'accrétion montre que ces régions sont localisées à la surface et dans la zone interne du disque.
Schéma de la nébuleuse solaire (0.1-100 AU), irradiée par les UVs et rayons X stellaires et interstellaires. Le dégradé de couleur représente le gradient de température. La synthèse des composés organiques riches en azote 15N et en gaz rares est possible dans les zones les plus ionisées du disque par l'interaction entre le gaz et les particules ionisantes (photons ou électrons). L'enrichissement en 15N provient de la photodissociation de N2. La turbulence dans le disque permet la dispersion des composés organiques, qui peuvent alors interagir avec la glace dans les zone froides et médianes du disque. © Kuga et al. PNAS 2015
Ces résultats expérimentaux démontrent que le lien entre la matière organique des météorites, la composition des gaz rares Q et la composition isotopique de l'azote dans ces mêmes composés indique une voie de synthèse organique dans la nébuleuse solaire tout à fait alternative et originale.