Plus de 300 espèces moléculaires ont été identifiées dans l’espace, principalement par radioastronomie (environ 90 %) grâce à leurs spectres de rotation. Cependant, la radioastronomie a des limites de sensibilité, surtout pour les grosses molécules symétriques comme le C60. Pour ces molécules, nous utilisons leurs signatures spectrales vibrationnelles (IR) et/ou électroniques (proche IR/visible). Parmi les 600+ bandes interstellaires diffuses (DIBs), band d’absorption allant de l’UV à l’IR proche, seules 4 ont été attribuées au C60+, les autres restent inexpliquées.
L’énigme des DIBs souligne le besoin de données expérimentales fiables pour les grosses molécules chargées. Trois grandes molécules (C60, C60+ et C70) ont été détectées via leurs signatures IR/proche IR, mais les plus grandes molécules suivantes identifiées contiennent seulement 11 atomes de carbone (HC11N, C10H7CN). Résoudre ce mystère améliorerait notre compréhension du cycle de vie du carbone et de la chimie stellaire, essentielle pour modéliser les processus chimiques complexes et l’émergence de la vie.
Nous visons à repousser les limites des méthodes expérimentales pour l’étude spectroscopie des ions moléculaires, qui sont essentiels pour comprendre des phénomènes tels que les bande diffuses interstellaires ou les bandes infrarouges non identifiés. L’étude des molécules ioniques s’est avérée difficile en raison de leur grande réactivité et de leur nature transitoire. Nous voulons jouer un rôle essentiel dans l’avancement de ce domaine en produisant des spectres vibrationnels et électroniques en phase gazeuse directement comparables aux données astronomiques. Nous avons mis au point un dispositif expérimental unique au monde, permettant des progrès significatifs dans la détection de grands ions moléculaires dans l’espace, dépassant les capacités de la radioastronomie.
Notre approche expérimentale est basée sur trois étapes, comme le montre schématiquement la figure X. La première, basée sur une technique de spectrométrie de masse et de mobilité ionique, identifiera des bons candidats sur la base de leurs propriétés thermodynmiques et de leur cinétique de formation dans une source d’ablation laser qui peut être comparée à la condensation d’une étoile. La deuxième étape consistera à utiliser la spectroscopie d’action, de manière exploratoire, pour affiner encore les bons candidats, et la dernière étape consistera à enregistrer leurs spectres par cavity-ringdown spectroscopy (CRDS) de telle sorte que les données spectrales obtenues en laboratoire soient directement comparables aux observations astronomiques, ce qui reste un véritable défi de nos jours. Le dispositif expérimental est schématiquement représenté dans la figure ci-dessous.
De plus, lorsque nous voulons enregistrer des spectres à l’aide de la CRDS sur des ions de petite ou moyenne taille, nous utilisons un dispositif expérimental couplant un jet supersonique à une décharge électrique où le CRDS est effectué juste à la sortie de la décharge. Un temps de vol est également incorporé dans ce dispositif afin d’optimiser les conditions de formation des ions d’intérêt, comme le montre la figure ci-dessous.
Contacts :
Stéphane Douin
Bérenger Gans
Ugo Jacovella