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Projet RAHIIA : Residue Analyses from the Heating of Interstellar/cometary Ice Analogs (ANR-16-CE29-0015 2016-2021)

par Grégoire DANGER - publié le , mis à jour le

Pr. T. Chiavassa, Dr. G. Danger, Dr. F. Duvernay

ANR RAHIIA_SSOM 2016-2021 : PI G. Danger (PIIM, Université d’Aix-Marseille).

Comme nous l’avons dit précédemment, notre objectif est de comprendre l’évolution chimique au sein de glaces interstellaires à partir de simulations expérimentales en laboratoire. Ceci nous permet de retracer l’évolution chimique du système initial vers la formation de molécules plus complexes, et de comprendre les réactions chimiques mises en jeu. Dans ce projet, nous nous intéressons à l’état final de la matière portée par l’analogue, une fois que celui-ci a été formé à basse température (10 K) puis soumis à différents processus énergétiques (thermique, photochimique et/ou ionique) et réchauffé jusqu’à des températures de l’ordre de 300 K. Lors du réchauffement, il y a sublimation des espèces les plus volatiles ce qui aboutit à la formation d’un résidu réfractaire analogue à un échantillon de type cométaire ou météoritique. Cette succession d’étapes permet de simuler l’évolution du grain dans les milieux astrophysiques, du nuage moléculaire dense jusqu’à son introduction dans des corps de type cométaire ou météoritique. L’analyse de ces résidus réfractaires est la plus part du temps destructive, et peu d’études ont permis la caractérisation des espèces moléculaires initialement présentes au sein des résidus. Il est cependant connu que ces résidus mènent à la formation d’acides aminés après traitement acide (HCl 6N, 100°C).

L’originalité de notre approche réside dans le développement de protocoles analytiques qui altéreront le moins possible ce résidu. Notre objectif étant de caractériser les molécules constitutives de ces résidus, pour y détecter des molécules d’intérêt potentiellement prébiotique, de caractériser la structure moléculaire de ces résidus et d’établir un schéma réactionnel permettant de comprendre l’évolution chimique de la glace primitive. L’objectif sera à terme d’établir une cartographie de l’évolution chimique de ces résidus qui prendra en compte leurs conditions de formation, ainsi que de leur évolution une fois soumis à différents processus physiques et/ou chimiques. Par comparaison de cette cartographie à des analyses effectuées sur des échantillons d’objet astrophysique (e.g. météorites), il sera possible de mieux comprendre l’évolution de la matière organique au sein de ces objets. Ces études s’appuient sur une analyse des résidus par spectrométrie de masse très hautes résolutions avec une méthode d’ionisation douce de type électrospray, qui permet de la détection des espèces moléculaires et de minimiser les fragmentations. Nos premières analyses montrent une quantité de molécules très importante, de poids moléculaires élevés et de structure probablement ramifiée. Nous utiliserons courant 2013 deux autres techniques analytiques, chromatograpgie gazeuse et chromatographie liquide haute performance couplées à des spectromètres de masse, qui nous permettrons de mieux comprendre les propriétés physico-chimiques et les structures des molécules constitutives de ces résidus.

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Analyse par spectrométrie haute résolution d’un résidu formé par irradiation à 77K d’une glace incluant CH3OH:NH3:H2O 1:1:3 pendant 24h puis réchauffé jusqu’à 300K. Gamme d’analyse 1800-2000 Da. La résolution n’est pas suffisante pour séparer tous les ions moléculaires, cependant elle permet de montrer la présence d’ions de haut poids moléculaire (spectre A). De plus, la détection de dications implique la présence de molécules de plus haut poids moléculaire allant jusqu’à 4000 Da. Le spectre du résidu est comparé à l’analyse de deux blancs, l’une concernant l’analyse d’une glace identique seulement réchauffée et non irradiée (spectre B), et l’autre d’une irradiation et d’un réchauffement sans glace (spectre C). La comparaison du résidu avec les deux blancs confirme que les espèces détectées proviennent de la synthèse du résidu et non de contaminations puisque les ions détectés ne sont pas présents au sein des blancs. Pour plus de détails, se référer à la publication Pu5 du projet RAHIIA.

Publications

Pu10. The gaseous phase as a probe of the astrophysical solid phase chemistry. N. Abou Mrad, F. Duvernay, R. Isnard, T. Chiavassa and G. Danger*. The Astrophysical Journal, 2017, accepted.

Pu9. Cometary materials originating from interstellar ices : clues from laboratory experiments. A. Fresneau, N. Abou Mrad, L. LS d’Hendecourt, F. Duvernay, L. Flandinet, F-R Orthous-Daunay, V. Vuitton, R. Thissen, T. Chiavassa, G. Danger*. The Astrophysical Journal, 2017, 837, 168. DOI : 10.3847/1538-4357/aa618a.

Pu8. Photo and thermochemical evolution of astrophysical ice analogs as a source of soluble and insoluble organic materials in Solar System minor bodies. P. de Marcellus, A. Fresneau, R. Brunetto, G. Danger*, F. Duvernay, C. Meinert, U. J. Meierhenrich, F. Borondics, T. Chiavassa, L. Le Sergeant d’Hendecourt. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2017, 464, 114-120, doi : 10.1093/mnras/stw2292.

Pu7. Insight into the molecular composition of laboratory organic residues produced from interstellar/pre-cometary ice analogues using very high resolution mass spectrometry. G. Danger, A. Fresneau, N. Abou Mrad, P. de Marcellus, F.-R. Orthous-Daunay, F. Duvernay, V. Vuitton, L. Le Sergeant d’Hendecourt, R. Thissen, T. Chiavassa. Geochimica & Cosmochimica Acta, 2016, 189, 184-196.

Pu6. Importance of thermal reactivity for hexamethylenetetramine formation from simulated interstellar ices , V. Vinogradoff, N. Fray, F. Duvernay, G. Briani, G. Danger, H. Cottin, P. Theulé and T. Chiavassa, Astronomy and Astrophysics, 2013, 551, A128, DOI : 10.1051/0004-6361/201220870

Pu5. Characterization of interstellar/cometary organic residue analogs using high resolution mass spectrometry, G. Danger, F-R. Orthous-Daunay, P. de Marcellus, P. Modica, V. Vuitton, F. Duvernay, L. Le Sergeant d’Hendecourt, R. Thissen, and T. Chiavassa, Geochimica & Cosmochimica Acta, 2013, 118, 184-201.

Pu4. From interstellar chemistry to prebiotic chemistry : organic matter evolution toward life, G. Danger, and L. Le Sergeant d’Hendecourt, l’Actualité Chimique, 2012, 363.

Pu3. Photon-induced enantiomeric excesses in initially achiral solid-state “interstellar” molecules, P. de Marcellus, C. Meinert, M. Nuevo, J.-J. Filippi, G. Danger, D.Deboffle, L. Nahon, L. Le Sergeant d’Hendecourt, U. J. Meierhenrich. Astrophysical Journal Letters, 2011, 527, L27. DOI : 10.1088/2041-8205/727/2/L27

Pu2. VUV Irradiation of Interstellar Ice Analogs : A Potential Source for Prebiotic Molecules in Planetary Systems, G. Danger, P. de Marcellus, Z. Djouadi, J-B Bossa, T. Chiavassa, and L. Le Sergeant d’Hendecourt, Origin of Life and Evolution of Biospheres, 2009, 39, 231-232.

Pu1. A Possible Astrophysical Pathway to the Origin of Enantiomeric Excess in Primitive Meteorites : Laboratory Simulations, P. de Marcellus, G. Danger, L. Nahon, U. Meierhenrich, and L. Le Sergeant d’Hendecourt, Origin of Life and Evolution of Biospheres, 2009, 39, 287-288.