Les structures aromatiques liées par des chaînes d’hydrocarbures insaturés sont à l’origine de la variété des couleurs des surfaces riches en hydrocarbures des objets de la ceinture de Kuiper. Crédit : Université d’Hawaï à Mānoa
La ceinture de Kuiper, un vaste disque regorgeant de corps glacés, dont Pluton, et situé juste au-delà de l’orbite de Neptune dans notre système solaire, présente une palette de couleurs intrigante allant d’un blanc immaculé à des teintes rougeâtres profondes sur ses objets. Cette gamme de couleurs distinctes, unique parmi toutes les populations du système solaire, est longtemps restée un mystère. La théorie la plus répandue parmi les scientifiques est que les couleurs variées proviennent probablement de l’exposition durable des matériaux organiques aux rayons cosmiques galactiques.
Une nouvelle étude menée par les chercheurs du département de chimie de l’université d’Hawaii à Mānoa a reproduit l’environnement de la ceinture de Kuiper afin de découvrir la cause de l’éventail de couleurs des surfaces riches en hydrocarbures des objets de la ceinture de Kuiper, apportant ainsi une solution à un problème de longue date dans le domaine de l’astrophysique. L’étude a été publiée récemment dans la revue Science Advances.
L’équipe de recherche dirigée par le professeur Ralf I. Kaiser a effectué cette recherche de pointe à l’UH Mānoa. Ils ont utilisé des expériences d’irradiation sous vide ultra poussé et effectué des analyses complètes pour examiner l’évolution des couleurs et leur source au niveau moléculaire, les rayons cosmiques galactiques traitant les hydrocarbures, tels que le méthane et l’acétylène, dans des conditions similaires à celles de la ceinture de Kuiper.
Les unités structurelles aromatiques (molécules organiques avec des anneaux de benzène fusionnés) portant jusqu’à trois anneaux, par exemple dans les composés chimiques phénanthrène, phénalène et acénaphtylène, reliées entre elles par des ponts déficients en hydrogène, se sont avérées jouer un rôle clé dans la production de couleurs rougeâtres. Les expériences UH ont démontré le niveau de complexité moléculaire du traitement des hydrocarbures par les rayons cosmiques galactiques et ont permis de mieux comprendre le rôle joué par les glaces exposées aux rayonnements dans la production précoce de molécules précurseurs biologiques, une molécule qui participe à une réaction chimique produisant une autre molécule.
« Cette recherche est une première étape cruciale pour démêler systématiquement les porteurs des unités moléculaires responsables des surfaces riches en hydrocarbures des objets de la ceinture de Kuiper », a déclaré M. Kaiser. « Étant donné que les détections astronomiques ont également permis de détecter, par exemple, de l’ammoniac, de l’eau et du méthanol à la surface des objets de la ceinture de Kuiper, d’autres expériences sur le traitement de ces glaces par les rayons cosmiques devraient permettre de révéler la nature de la véritable diversité des couleurs des objets de la ceinture de Kuiper au niveau moléculaire. »
Référence : « Processing of methane and acetylene ices by galactic cosmic rays and implications to the color diversity of Kuiper Belt objects » par Chaojiang Zhang, Cheng Zhu, Andrew M. Turner, Ivan O. Antonov, Adrien D. Garcia, Cornelia Meinert, Leslie A. Young, David C. Jewitt et Ralf I. Kaiser, 31 mai 2023, Science Advances.
DOI : 10.1126/sciadv.adg6936