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Détection d’une molécule extrêmement rare dans l’atmosphère de Titan

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| NASA

Découvert par l’astronome néerlandais Christian Huygens en 1655, Titan est le plus grand satellite naturel de Saturne et le second plus grand satellite naturel du Système solaire après Ganymède. Cette lune revêt une importance non négligeable pour les astrobiologistes, car ses lacs d’hydrocarbure, son cycle géodynamique et son atmosphère azotée en font un analogue de la Terre primitive qui pourrait potentiellement abriter la vie. Et récemment, des astrophysiciens y ont détecté du cyclopropénylidène (C3H2), une molécule cyclique qui, si elle ne joue pas un rôle biologique direct, pourrait tout de même entrer dans la composition des nucléobases de l’ADN et de l’ARN.

Des astronomes ont détecté du cyclopropénylidène (C3H2) dans l’atmosphère de Titan — une molécule à base de carbone extrêmement rare qui est si réactive qu’elle ne peut exister sur Terre que dans des conditions de laboratoire. En fait, elle est si rare qu’elle n’a jamais été détectée auparavant dans une atmosphère, dans le Système solaire ou ailleurs. Le seul autre endroit où elle peut rester stable est le vide de l’espace interstellaire. Mais cela peut être un élément de base pour des molécules organiques plus complexes qui pourraient un jour mener à la vie.

« Nous pensons à Titan comme un laboratoire où nous pouvons voir une chimie similaire à celle de la Terre primitive lorsque la vie émergeait tout juste. Nous rechercherons des molécules plus grosses que le C3H2, mais nous devons savoir ce qui se passe dans l’atmosphère pour comprendre les réactions chimiques qui conduisent des molécules organiques complexes à se former », explique l’astrobiologiste Melissa Trainer du Goddard Space Flight Center de la NASA.

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Du cyclopropénylidène détecté dans la haute atmosphère de Titan

Le cyclopropénylidène n’a pas tendance à durer longtemps dans les conditions atmosphériques, car il réagit très rapidement et facilement avec d’autres molécules, formant d’autres composés. Dans l’espace interstellaire, tout gaz ou poussière est généralement très froid et très diffus, ce qui signifie que les composés n’interagissent pas beaucoup et que le cyclopropénylidène peut rester relativement stable.

Titan est très différent de l’espace interstellaire. Il est parsemé de lacs d’hydrocarbures, de nuages ​​d’hydrocarbures et possède une atmosphère principalement azotée, avec un peu de méthane. L’atmosphère est quatre fois plus épaisse que l’atmosphère terrestre (qui est également dominée par l’azote). Sous la surface, les scientifiques pensent qu’il y a un immense océan d’eau salée.

graphiques spectre détection fréquence
Graphique montrant les spectres de détection obtenus par ALMA, avec les pics à 251.3 GHz et 351.7 GHz signalant la présence de cyclopropénylidène. Crédits : Conor A. Nixon et al. 2020

En 2016, une équipe dirigée par le planétologue Conor Nixon a utilisé l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) au Chili pour sonder l’atmosphère de la lune, à la recherche de molécules organiques. C’était dans la haute atmosphère ténue, au-dessus de la surface, qu’ils ont détecté une signature chimique inconnue. En la comparant à une base de données de profils chimiques, l’équipe a identifié la molécule comme étant du cyclopropénylidène. Il est probable que la minceur de l’atmosphère à cette altitude contribue à la survie de la molécule, mais pourquoi elle apparaît sur Titan et sur aucun autre monde est un mystère.

Molécules cycliques : elles entrent dans la composition des nucléobases de l’ADN et de l’ARN

Le cyclopropénylidène présente un intérêt particulier, car c’est ce que l’on appelle une molécule cyclique ; ses trois atomes de carbone sont liés dans un anneau. Bien que le cyclopropénylidène lui-même ne soit pas connu pour jouer un rôle biologique, les nucléobases d’ADN et d’ARN sont basées sur de tels anneaux moléculaires. « Leur nature cyclique ouvre cette branche supplémentaire de la chimie qui vous permet de construire des molécules biologiquement importantes », explique l’astrobiologiste Alexander Thelen.

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Molécules cycliques présentes (gauche) et potentiellement présentes (droite) dans l’atmosphère de Titan. De telles molécules entrent dans la composition des bases azotées de l’ADN et de l’ARN. Crédits : Conor A. Nixon et al. 2020

Plus la molécule est petite, plus elle a de potentiel — les réactions impliquant des molécules plus petites avec moins de liaisons devraient se produire plus rapidement que les réactions impliquant des molécules plus grandes et plus compliquées. Cela signifie que les réactions impliquant des molécules plus petites devraient entraîner une gamme de résultats plus diversifiée.

Auparavant, on pensait que le benzène (C6H6) était la plus petite molécule cyclique d’hydrocarbure trouvée dans n’importe quelle atmosphère (y compris celle de Titan). Le cyclopropénylidène l’a battu. Titan est déjà un centre d’activité chimique organique. L’azote et le méthane se décomposent à la lumière du Soleil, déclenchant une cascade de réactions chimiques. Le fait de savoir si ces réactions pourraient produire la vie est une question à laquelle les scientifiques ont hâte de répondre.

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Sources : The Astronomical Journal

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