Des nanoparticules aux macromolécules

Ses constituants sont assez petits pour présenter des caractéristiques rappelant les molécules, mais ils sont assez gros pour avoir des propriétés typiques de la matière à l'état solide. Cette nature mixte des macromolécules et des nanoparticules était l'objet de l'attention de scientifiques financés par l'UE.

Les scientifiques du projet NANOCOSMOS (The cosmic nanoworld astrophysics at the interface between the molecular and the macroscopic) ont modélisé l'effet des photons sur des nanoparticules. Ils ont appliqué la même méthode de modélisation pour des nanoparticules de carbone amorphe et pour des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).

L'absorption et la diffusion des photons est la cause principale du décalage et de la réduction de l'intensité de la lumière venant d'étoiles lointaines. La modélisation a confirmé que pour comprendre ce phénomène, il faut connaître la structure des nanoparticules.

Dans les nanoparticules de carbone, les atomes sont organisés en une structure 3D d'hexagones d'orientations diverses. Au contraire, les HAP se caractérisent par une seule couche de ces hexagones, fusionnés. Parmi les implications en matière d'observations astronomiques, les scientifiques se sont intéressés à l'émission des galaxies dans l'infrarouge moyen.

Les observations dans l'infrarouge à partir de satellites montrent la présence de nano-poussières et de HAP, chauffés aléatoirement. Les différences dans les rayonnements intenses auxquels ils sont soumis peuvent expliquer leur dissociation et donc les variations constatées dans le spectre infrarouge moyen de galaxies lointaines.

Par ailleurs, les molécules C60 et C70 (les plus grosses connues dans l'espace et les seules molécules polyaromatiques détectées) pourraient aussi contribuer à l'émission des galaxies dans l'infrarouge moyen. C'est pourquoi les chercheurs ont étudié leur stabilité lors de collisions avec des ions, dans les conditions très sévères de l'espace interstellaire.

Le C60 et le C70 sont des fullerènes, des molécules nommées d'après l'architecte Buckminster Fuller. Comme toutes les molécules présentes dans l'espace, elles absorbent l'infrarouge sur un ensemble bien particulier de longueurs d'onde. Les tests ont cependant prouvé qu'elles étaient plutôt stables et résistantes aux rayonnements.

Les travaux de NANOCOSMOS devraient ouvrir de nouvelles voies d'étude de constituants toujours plus complexes du milieu interstellaire, ainsi que de l'évolution des nanoparticules lors des explosions de supernova. Les scientifiques pourraient aussi déterminer l'impact de l'évolution des nanoparticules sur les résidus autour d'étoiles anciennes.