Preuve trouvée pour une chimie insaisissable des premières minutes de l’univers

Malgré l’apparition de l’ion hydrure d’hélium HeH+ il y a 13,8 milliards d’années, après le big bang, du point de vue de l’humanité, il avait été perdu dans l’espace. L’hydrogène et l’hélium étaient les deux premiers éléments, et dans les conditions extrêmes de la naissance de l’univers, les astrochimistes supposent qu’ils ont formé la toute première liaison moléculaire dans HeH+ . Rolf Güsten, de l’Institut Max Planck de radioastronomie en Allemagne, et ses collègues savaient que HeH+ pouvait exister – il a été repéré en laboratoire en 1925. Mais maintenant, ils l’ont espionné de manière convaincante dans l’espace pour la première fois, dans une nébuleuse qui existe dans l’univers actuel.

‘L’absence de preuve de HeH+ a provoqué quelques doutes quant à savoir si nous comprenons la formation et la destruction de cette molécule spéciale aussi bien que nous le pensions’, dit Güsten à Chemistry World. Cette inquiétude a maintenant disparu.’

Güsten et ses collègues ont observé l’état fondamental rotationnel de HeH+ dans une nébuleuse planétaire à l’aide d’un spectromètre térahertz (THz) volant sur l’Observatoire stratosphérique aéroporté pour l’astronomie infrarouge (Sofia). En fait, cette étude est l’une des raisons pour lesquelles l’instrument allemand de réception pour l’astronomie aux fréquences térahertz a été construit.

Les scientifiques n’ont pas réussi auparavant à trouver des preuves de spectroscopie infrarouge vibrationnelle pour HeH+ malgré de grands efforts. La spectrométrie térahertz est une alternative difficile. L’état fondamental rotationnel de HeH+ a une longueur d’onde de 149,137 µm. L’ozone et l’eau présents dans l’atmosphère terrestre bloquent toute cette lumière, ce qui signifie que les chercheurs ont dû se rendre dans la stratosphère.

Pendant ce temps, des caractéristiques spectroscopiques provenant de liaisons carbone-hydrogène beaucoup plus communes apparaissent à 149,09µm et 149,39µm. Pour réussir, il fallait donc une haute résolution spectrale et des capteurs très sensibles, car l’équipe de Güsten s’attendait à ce que le signal soit faible. Atteindre la gamme de fréquences de 2THz du signal de 149,137µm a également  » nécessité plusieurs années de progrès technologiques « .

 » Il s’agit d’une excellente première détection d’une espèce moléculaire qui présente certainement un intérêt et une pertinence pour une communauté astronomique plus large, et cette détection ouvre la porte à d’autres études « , commente l’astronome Jan Cami de l’Université de Western Ontario, au Canada.

Par exemple, Güsten et ses collègues rechercheront davantage de HeH+ lors du prochain vol de Sofia, en juin. Mais maintenant qu’ils savent que HeH+ existe, ils peuvent commencer à le chercher plus loin dans le temps, vers le big bang. Ils exploiteront les décalages vers le rouge cosmologiques, de la même manière que les longueurs d’onde émises par les objets qui s’éloignent des observateurs se dilatent dans le décalage Doppler. La longueur d’onde de HeH+ sera ainsi multipliée par dix environ, explique-t-il, ce qui rendra la lumière du jeune univers visible « à partir de grands observatoires terrestres », précise Güsten.