Simulation de grains de poussière interstellaires. Crédit d'image: OSU. Cliquez pour agrandir.
L'écrivain de science-fiction Harlan Ellison a dit un jour que les éléments les plus courants dans l'univers étaient l'hydrogène et la stupidité.
Alors que le verdict est toujours sur le volume de la stupidité, les scientifiques savent depuis longtemps que l'hydrogène est en effet de loin l'élément le plus abondant de l'univers. Quand ils regardent à travers leurs télescopes, ils voient de l'hydrogène dans les vastes nuages de poussière et de gaz entre les étoiles? - en particulier dans les régions plus denses qui s'effondrent pour former de nouvelles étoiles et planètes.
Mais un mystère est resté: pourquoi une grande partie de cet hydrogène est-elle sous forme moléculaire? - avec deux atomes d'hydrogène liés ensemble? - plutôt que sa forme atomique unique? D'où vient tout cet hydrogène moléculaire? Des chercheurs de l'Ohio State University ont récemment décidé d'essayer de le comprendre.
Ils ont découvert qu'un détail apparemment minuscule - que les surfaces des grains de poussière interstellaires soient lisses ou bosselées - pourrait expliquer pourquoi il y a tant d'hydrogène moléculaire dans l'univers. Ils ont rendu compte de leurs résultats au 60e Symposium international sur la spectroscopie moléculaire, qui s'est tenu à l'Ohio State University.
L'hydrogène est l'élément atomique le plus simple connu; il se compose d'un seul proton et d'un électron. Les scientifiques ont toujours tenu pour acquis l'existence de l'hydrogène moléculaire lorsqu'ils formaient des théories sur l'origine de toutes les molécules plus grandes et plus élaborées de l'univers. Mais personne ne pouvait expliquer comment autant d'atomes d'hydrogène pouvaient former des molécules - jusqu'à présent.
Lorsqu'il s'agit de fabriquer de l'hydrogène moléculaire, la surface hôte microscopique idéale est «moins semblable à la planéité de l'Ohio et plus comme une ligne d'horizon de Manhattan».
Pour que deux atomes d'hydrogène aient suffisamment d'énergie pour se lier dans les zones froides de l'espace, ils doivent d'abord se rencontrer sur une surface, a expliqué Eric Herbst, professeur émérite de physique à l'Ohio State.
Bien que les scientifiques soupçonnaient que la poussière spatiale fournissait la surface nécessaire à de telles réactions chimiques, les simulations en laboratoire du processus n'ont jamais fonctionné. Au moins, ils ne fonctionnaient pas assez bien pour expliquer la pleine abondance d'hydrogène moléculaire que les scientifiques voient dans l'espace.
Herbst, professeur de physique, chimie et astronomie, s'est associé à Herma Cuppen, chercheuse postdoctorale, et Qiang Chang, doctorant, tous deux en physique, pour simuler différentes surfaces de poussière sur un ordinateur. Ils ont ensuite modélisé le mouvement de deux atomes d'hydrogène tombant le long des différentes surfaces jusqu'à ce qu'ils se retrouvent pour former une molécule.
Compte tenu de la quantité de poussière que les scientifiques pensent flotter dans l'espace, les chercheurs de l'Ohio State ont pu simuler la création de la bonne quantité d'hydrogène, mais uniquement sur des surfaces bosselées.
Quand il s'agit de fabriquer de l'hydrogène moléculaire, la surface hôte microscopique idéale est «moins semblable à la planéité de l'Ohio et plus comme une ligne d'horizon de Manhattan». Dit Herbst.
Le problème avec les simulations passées, semble-t-il, est qu'elles supposaient toujours une surface plane.
Cuppen comprend pourquoi. "Quand vous voulez tester quelque chose, commencer par une surface plane est juste plus rapide et plus facile" elle a dit
Elle devrait savoir. Elle est experte en science des surfaces, mais il lui a fallu encore des mois pour assembler le modèle de la poussière cahoteuse, et elle travaille toujours à l'affiner. À terme, d'autres scientifiques pourront utiliser le modèle pour simuler d'autres réactions chimiques dans l'espace.
Entre-temps, les scientifiques de l'État de l'Ohio collaborent avec des collègues d'autres institutions qui produisent et utilisent de véritables surfaces bosselées qui imitent la texture de la poussière spatiale. Bien que les particules de poussière de l'espace réel soient aussi petites que des grains de sable, ces surfaces plus grandes et de la taille d'un dixième permettront aux scientifiques de tester si différentes textures aident l'hydrogène moléculaire à se former en laboratoire.
Source originale: Communiqué de presse OSU
