Liste d'espèces chimiques détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire

De nos jours, Liste d'espèces chimiques détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire est un sujet qui a acquis une grande importance dans la société moderne. Avec les progrès de la technologie et la mondialisation, Liste d'espèces chimiques détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire est devenu un sujet d’intérêt pour de nombreuses personnes à travers le monde. De son impact sur l’économie à son influence sur la culture et la politique, Liste d'espèces chimiques détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire est un aspect à ne pas négliger. Dans cet article, nous explorerons différents aspects liés à Liste d'espèces chimiques détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire et son rôle dans la société actuelle. De ses origines à son évolution dans le temps, nous analyserons de près l'impact que Liste d'espèces chimiques détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire a eu dans divers domaines, ainsi que les éventuelles implications qu'il pourrait avoir dans le futur.

Cette liste non exhaustive recense un peu plus de 220 espèces chimiques polyatomiques (molécules, radicaux libres ou ions) détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire, classées par nombre d'atomes constituants. Sont mentionnées la formule brute ou semidéveloppée de chaque espèce, ainsi que toute forme ionisée éventuellement observée. Si aucune formule n'est donnée dans la colonne « Molécule ou radical », c'est que seule la forme ionisée a été observée.

Détection

Radiotélescope de 45 m de l'observatoire radio de Nobeyama, au Japon, pour l'observation millimétrique, à l'origine de la détection de diverses espèces chimiques dans l'espace, dont l'acétonitrile CH3CN.
Spectre de la comète Hyakutake, observée en 1996.

Les espèces chimiques listées ci-dessous ont été détectées par spectroscopie astronomique. Leurs raies spectrales sont produites par l'absorption ou l'émission de photons à des longueurs d'onde spécifiques de leurs transitions électroniques entre niveaux d'énergie, ainsi que de leurs rotations et vibrations moléculaires — spectroscopie rotationnelle et rotationnelle-vibrationnelle. Les détections sont généralement réalisées dans les longueurs d'onde radio, micro-onde ou infrarouge.

Le spectre d'une espèce chimique est déterminé par les règles de sélection de la chimie quantique et de la symétrie moléculaire. Certaines espèces présentent un spectre simple qu'il est aisé d'identifier tandis que d'autres — même des espèces comprenant très peu d'atomes — peuvent être très complexes et impliquer un grand nombre de raies, ce qui les rend bien plus difficiles à caractériser. Les interactions entre les noyaux atomiques et les électrons sont parfois à l'origine de la structure hyperfine des raies spectrales. L'existence d'isotopologues, c'est-à-dire d'espèces chimiques qui ne se différencient que par la présence d'un isotope de l'un de leurs atomes, complique encore davantage l'identification des spectres par déplacement isotopique.

Aperçu du TMC-1, où divers polyynes HCn et cyanopolyynes HCnN ont été observés.

La détection d'une nouvelle espèce circumstellaire ou interstellaire passe par l'identification d'un objet astronomique où elle est susceptible d'être présente, puis par son observation à l'aide d'un télescope équipé d'un spectrographe fonctionnant à la longueur d'onde requise avec la résolution spectrale et la sensibilité nécessaires. La première espèce chimique détectée dans le milieu interstellaire est le radical CH• (méthylidyne), détecté en 1937 grâce à sa forte transition électronique à 430 nm, dans le spectre visible. Le répertoire des espèces chimiques détectées dans l'espace est biaisé en faveur de certaines formes plus faciles à détecter, la radioastronomie étant par exemple plus sensible aux espèces linéaires ayant un moment dipolaire élevé. Le cyanoacétylène H–C≡C–C≡N a ainsi été détecté dès juillet 1970 à l'aide du radiotélescope de 140 ft du NRAO, tandis que des cyanopolyynes HCnN étaient identifiés pour n = 3, 5, 7, 9 dans le nuage moléculaire 1 du Taureau (TMC-1) au cours des années 1970.

NGC 6334, dans la constellation du Scorpion, ou nébuleuse de la Patte de chat, vue par le télescope spatial Spitzer, montrant en vert des régions fluorescentes sous l'effet d'HAP.

La molécule la plus abondante de l'univers, l'hydrogène moléculaire H2, est complètement invisible aux radiotélescopes car elle n'a aucun moment dipolaire ; ses transitions électroniques sont trop énergétiques pour les télescopes optiques, de sorte que sa détection nécessite de recourir aux observations ultraviolettes, par exemple par fusée-sonde. Les raies de vibration ne sont généralement pas spécifiques d'une molécule donnée, ce qui ne permet d'identifier qu'une classe de molécules. On sait ainsi que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont abondants dans l'espace en raison de leurs raies de vibration, qui sont largement observées dans l'infrarouge, mais il n'est pas possible d'identifier précisément de quelles molécules il s'agit. On suspecte ainsi fortement la présence d'anthracène et de pyrène, parmi bien d'autres HAP, dans la nébuleuse du Rectangle rouge, située dans la constellation de la Licorne.

Les molécules interstellaires sont formées par des réactions chimiques dans les nuages interstellaires de gaz et poussières interstellaires et circumstellaires. Généralement, ceci se produit lorsqu'une molécule est ionisée, souvent à la suite d'une interaction avec des rayons cosmiques. L'ion, électriquement chargé, attire un réactif proche par interaction électrostatique. Les molécules peuvent également être générées par réactions entre atomes neutres et molécules, mais ce processus est souvent plus lent. Les grains de poussière jouent un rôle important en protégeant les molécules des effets ionisants des rayons ultraviolets émis par les étoiles.

Sagittarius B2 est une région fréquemment ciblée par les observations. Ce nuage moléculaire de très grande taille est situé près du centre de la Voie lactée. Près de la moitié des molécules citées ci-dessous ont été détectées pour la première fois à proximité de Sagittarius B2, et presque toutes les autres y ont ensuite été détectées. L'étoile carbonée CW Leonis, également appelée IRC +10216, est riche en espèces chimiques circumstellaires et a permis à elle seule d'en observer une cinquantaine. Il n'y a pas de limite claire entre espèces interstellaires et circumstellaires, de sorte que les deux types sont listés dans les tables ci-dessous.

L'astrochimie cherche notamment à comprendre comme se forment ces espèces chimiques et à expliquer leurs abondances relatives. La densité extrêmement faible du milieu interstellaire ne favorise pas la formation de telles espèces car elle rend les réactions en phase gazeuse entre espèces électriquement neutres (atomes ou molécules) particulièrement inefficaces. Ces régions ont de plus une température généralement très basse, typiquement de l'ordre de 10 K au sein d'un nuage moléculaire, ce qui réduit encore davantage les vitesses de réaction, tandis que les rayonnements ultraviolets tendent à détruire les molécules par photochimie. Expliquer les abondances relatives des espèces chimiques dans l'espace nécessite de calculer l'équilibre entre la formation et la destruction de ces espèces à l'aide de la chimie ionique en phase gazeuse (en), souvent guidée par les rayons cosmiques, de la science des surfaces sur les possières cosmiques, des transferts radiatifs parmi lesquels l'extinction interstellaire, ainsi que des réseaux de réactions chimiques complexes.

Espèces chimiques

Les tables suivantes listent les espèces détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire, groupées par nombre d'atomes constituants. Si aucune entrée n'est donnée dans la colonne « molécule », seule la forme ionisée a été détectée. Si aucune désignation n'a été donnée dans la littérature scientifique, le champ « Espèce chimique » est laissé vide.

Espèces diatomiques (42)

Le monoxyde de carbone est fréquemment utilisé pour déterminer la distribution de masse dans les nuages interstellaires.
Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
Monochlorure d'aluminium AlCl, — 62,5
Monofluorure d'aluminium AlF, — 46
Oxyde d'aluminium(II) AlO — 43
Hydrure d'argon (argonium) — ArH+ 37
Carbone diatomique C2, — 24
Fluorométhylidynium — CF+ 31
Méthylidyne CH CH+ 13
Cyanogène CN,,, CN+, CN− 26
Monoxyde de carbone CO CO+ 28
Monophosphure de carbone CP — 43
Monosulfure de carbone CS — 44
Oxyde de fer(II) FeO — 82
Dihydrogène H2 — 2
Chlorure d'hydrogène HCl HCl+ 36,5
Fluorure d'hydrogène HF — 20
Hydroxyle HO• — 17
Monohydrure d'azote HN, — 15
Hydrure d'hélium (hélonium) — HeH+ 5,0
Chlorure de potassium KCl, — 75,5
Diazote N2, — 28
Monoxyde d'azote NO NO+ 30
Mononitrure de monosoufre SN — 46
Chlorure de sodium NaCl, — 58,5
Monohydrure de magnésium — MgH+ 25,3
Dioxygène O2 — 32
Nitrure de phosphore PN — 45
Monoxyde de phosphore PO — 47
Hydrure de soufre SH SH+ 33
Monoxyde de soufre SO SO+ 48
Carbure de silicium SiC, — 40
Mononitrure de silicium SiN — 42
Monoxyde de silicium SiO — 44
Monosulfure de silicium SiS — 60
Oxyde de titane(II) TiO — 63,9

Espèces triatomiques (44)

Le cation H3+ est l'un des ions les plus abondants de l'Univers. Il a été détecté en 1993.
Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
Isocyanure d'aluminium AlNC — 53
Hydroxyde d'aluminium AlOH — 44
Tricarbone C3 — 36
Radical éthynyle C2H, — 25
Cyanométhylidyne CCN — 38
Monoxyde de dicarbone C2O — 40
Thioxoéthénylidène C2S — 56
— C2P — 55
Dioxyde de carbone CO2 — 44
Cyanure de fer FeCN — 82
Trihydrogène — H3+ 3
Méthylène H2C — 14
Chloronium — H2Cl+ 37,5
Eau H2O H2O+ 18
Hydroperoxyle HO2 — 33
Sulfure d'hydrogène H2S — 34
Cyanure d'hydrogène HCN,, — 27
Isocyanure d'hydrogène HNC — 27
Radical formyle HCO HCO+,, 29
Phosphaéthyne HCP — 44
Thioformyle HCS HCS+, 45
Diazénylium — HN2+,, 29
Nitroxyle HNO — 31
Isoformyle — HOC+ 29
Isothioformyle HSC — 45
Cyanure de potassium KCN — 65
Cyanure de magnésium MgCN — 50
Isocyanure de magnésium MgNC — 50
Radical amine NH2 — 16
Protoxyde d'azote N2O — 44
Cyanure de sodium NaCN — 49
Hydroxyde de sodium NaOH — 40
Oxysulfure de carbone OCS — 60
Ozone O3 — 48
Dioxyde de soufre SO2, — 64
c-dicarbure de silicium c-SiC2, — 52
Carbure de disilicium SiCSi — 68
Carbonitrure de silicium SiCN — 54
— SiNC — 54
Dioxyde de titane TiO2 — 79,9
Isocyanure de calcium CaNC — 92

Espèces à quatre atomes (30)

Le formaldéhyde est une molécule organique largement distribuée dans le milieu interstellaire.
Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
Méthyle CH3 CH3+ 15
Propynylidyne l-C3H, l-C3H+ 37
Cyclopropynylidyne c-C3H — 37
Cyanoéthynyle C3N C3N− 50
Monoxyde de tricarbone C3O — 52
Isocyanogène CNCN — 52
Sulfure de tricarbone C3S, — 68
Hydronium — H3O+ 19
Acétylène C2H2 — 26
Méthylène amidogène H2CN H2CN+ 28
Formaldéhyde H2CO — 30
Thioformaldéhyde H2CS — 46
Cyanocarbène HCCN — 39
Cétényle HCCO — 41
Cyanure d'hydrogène protoné — HCNH+ 28
Dioxyde de carbone protoné — HOCO+ 45
Acide fulminique HCNO — 43
Acide cyanique HOCN — 43
Acide isocyanique HNCO — 43
Acide isothiocyanique HNCS — 59
Acide thiocyanique HSCN — 59
Peroxyde d'hydrogène HOOH — 34
Ammoniac NH3, — 17
Phosphine PH3 — 34
Tricarbure de silicium SiC3 — 64
Isocyanure d'hydromagnésium HMgNC — 51,3
Acide nitreux HNO2 — 47

Espèces à cinq atomes (22)

Le méthane a également été détecté sur des comètes et dans l'atmosphère de plusieurs planètes du système solaire.
Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
Ammonium — NH4+ 18
Méthane CH4, — 16
Radical méthoxy H3CO• — 31
Hydroxylamine NH2OH — 33
Cyclopropénylidène c-C3H2,, — 38
Propadiénylidène l-C3H2 — 38
Cyanométhyle H2CCN — 40
Cétène H2C2O — 42
Méthanimine H2CNH — 29
Cyanamide hydrogène NCNH2, HNCNH — 42
Formaldéhyde protoné — H2COH+ 31
Butadiynyle C4H C4H− 49
Cyanoacétylène HC3N,,,, — 51
Isocyanoacétylène HCC-NC — 51
Acide formique HCOOH — 46
Cyanogène protoné — NCCNH+ 53
Cyanoformaldéhyde HC(O)CN — 55
C5 linéaire C5, — 60
Cluster de carbure de silicium SiC4 — 92
Silane SiH4 — 32

Espèces à six atomes (17)

Dans le milieu interstellaire, le formamide (ci-dessus) peut se combiner avec du méthylène pour former de l'acétamide.
Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
Cyclopropénone c-H2C3O — 54
E-Cyanométhanimine HNCHCN — 54
Cyanure de silyle SiH3CN — 57
Éthylène C2H4 — 28
Acétonitrile CH3CN, — 40
Isocyanure de méthyle CH3NC — 40
Méthanol CH3OH — 32
Méthanethiol CH3SH — 48
Butadiyne (diacétylène) l-H2C4, — 50
Cyanoacétylène protoné — HC3NH+ 52
Formamide HCONH2 — 44
Pentynylidyne C5H, — 61
Cyanobutadiynyle C5N — 74
Propynal HC2CHO — 54
— HC4N — 63
Céténimine CH2CNH — 40
— C5S — 92

Espèces à sept atomes (14)

L'acétaldéhyde (ci-dessus) et ses isomères alcool vinylique et oxyde d'éthylène ont été détectés dans le milieu interstellaire.
Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
Oxyde d'éthylène c-C2H4O — 44
Propyne (méthylacétylène) CH3C2H — 40
Méthylamine H3CNH2 — 31
Acrylonitrile CH2=CHC≡N, — 53
Propargylimine HC≡CCH=NH — 53
Alcool vinylique H2CHCOH — 44
Hexatriynyle •C6H, C6H−, 73
Cyanodiacétylène HC4CN,, — 75
Isocyanodiacétylène HC≡C–C≡C–N+≡C− — 75
— HC5O• — 77
Acétaldéhyde CH3CHO, — 44
Isocyanate de méthyle H3CNCO — 57
Glycolonitrile (hydroxyacétonitrile) HOCH2CN — 57

Espèces à huit atomes (13)

La signature radio de l'acide acétique, un composé existant dans le vinaigre, a été confirmée en 1997.
Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
Méthylsilane CH3SiH3 — 46
Méthylcyanoacétylène H3CC2CN — 65
Glycolaldéhyde H2COHCHO — 60
Formiate de méthyle HCOOCH3,, — 60
Acide acétique CH3COOH — 60
Cyanure propargylique HC≡C–CH2CN — 65
Hexapentaénylidène H2C6, — 74
Acroléine CH2CHCHO — 56
Cyanoallène CH2CCHCN, — 65
Éthanimine CH3CHNH — 43
Radical heptatriényle •C7H — 85
Aminoacétonitrile NH2CH2CN — 56
Urée (NH2)2CO — 60

Espèces à neuf atomes (11)

L'acétamide a été détecté dans le nuage moléculaire Sagittarius B2 ainsi que dans la chevelure de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko.
Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
Méthyldiacétylène CH3C4H — 64
Méthoxyméthane (diméthyléther) CH3OCH3 — 46
Propionitrile CH3CH2CN,,, — 55
Acétamide CH3CONH2, — 59
N-Méthylformamide CH3NHCHO — 59
Éthanol CH3CH2OH — 46
Octatétraynyle •C8H C8H−, 97
Cyanohexatriyne (cyanotriacétylène) HC7N,,, — 99
Propylène CH3CHCH2 — 42
Éthanethiol CH3CH2SH — 62

Espèces à dix atomes ou plus (22)

L'éthanolamine, composé organique important en biochimie, a été détectée au sein du nuage moléculaire Sagittarius B2.
Le fullerène C70, plus grosse espèce chimique observée dans l'espace, a été détecté dans une nébuleuse planétaire en 2010.
Atomes Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse
10 Acétone (CH3)2CO, — 58
10 Propanal CH3CH2CHO — 58
10 Oxyde de propylène CH3CHCH2O, — 58
10 Éthylène glycol (CH2OH)2 — 62
10 Méthoxyméthanol CH3OCH2OH — 62
10 Méthyl-cyano-diacétylène CH3C5N — 89
11 Éthanolamine NH2CH2CH2OH — 61
11 Formiate d'éthyle C2H5OCHO — 74
11 Acétate de méthyle CH3COOCH3 — 74
11 Méthyltriacétylène CH3C6H, — 88
11 Cyanotétra-acétylène HC8CN, — 123
12 Butyronitrile C3H7CN — 69
12 Isobutyronitrile (CH3)2CHCN — 69
12 Benzène C6H6 — 78
13 Benzonitrile C6H5CN — 103
13 Cyanopentaacétylène HC10CN — 147
17 Indène C9H8 — 116
19 1-Cyanonaphtalène C10H7CN — 153
19 2-Cyanonaphtalène C10H7CN — 153
60 Buckminsterfullerène C60 C60+, 720
70 Fullerène C70 C70 — 840

Espèces contenant du deutérium (22)

Article connexe : Deutérium.
Propyne deutéré, détecté en 1991 à proximité du nuage moléculaire 1 du Taureau, (TMC-1).
Atomes Espèce chimique Formule
2 Deutérure d'hydrogène, HD
3 Trihydrogène deutéré, H2D+, HD2+
3 Eau lourde, HDO, D2O
3 Cyanure d'hydrogène DCN
3 Radical formyle •CDO
3 Isocyanure d'hydrogène DNC
3 — N2D+
3 Radical amine (en) •NHD, •ND2
4 Ammoniac,, NH2D, NHD2, ND3
4 Formaldéhyde, HDCO, D2CO
4 Acide isocyanique DNCO
5 Ion ammonium NH3D+
6 Formamide NH2CDO, NHDCHO
7 Propyne, (méthylacétylène) CH2DCCH, CH3CCD

Espèces chimiques dont l'observation astronomique attend confirmation (12)

La glycine est un acide aminé protéinogène dont l'observation dans le milieu interstellaire, ainsi que dans les comètes est probable mais pas certaine.

La détection des espèces suivantes a été rapportée dans la littérature scientifique, mais n'a pas encore été confirmée par des recherches ultérieures.

Atomes Espèce chimique Formule
2 Silylidine SiH
4 Monoacétylure de magnésium MgCCH
4 Cyanophosphaétyne NCCP
5 — H2NCO+
6 Cyanure de silyle SiH3CN
10 Glycine,, HOOC–CH2–NH2
12 Méthoxyéthane (méthyl-éthyl-éther) CH3OC2H5
12 Dihydroxyacétone CO(CH2OH)2
18 Cation naphtalène C10H8+
24 Graphène C24
24 Anthracène C14H10
26 Pyrène C16H10

Notes et références

Notes

  1. ↑ a b c d e f g h et i Il s'agit de la masse moléculaire de l'espèce chimique, exprimée en unités de masse atomique.
  2. ↑ L'argon du milieu interstellaire, essentiellement d'origine nucléosynthétique, a une masse atomique de 36, contrairement à l'argon terrestre qui, essentiellement radiogénique, a une masse atomique proche de 40. C'est pourquoi la masse moléculaire du cation hydrure d'argon indiquée ici est 37 et non 41.

Références

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    Les co-auteurs de l'articles sont, outre Brett A. McGuire, P. Brandon Carroll, Ryan A. Loomis, Ian A. Finneran, Philip R. Jewell, Anthony J. Remijan et Geoffrey A. Blake. L'article a été reçu par l'éditeur le 31 décembre 2015 et accepté pour publication le 11 mai 2016.
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Voir aussi

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