Liste D'espèces Chimiques Détectées Dans Le Milieu Interstellaire Ou Circumstellaire

Sont mentionnées la formule brute ou semidéveloppée de chaque espèce, ainsi que toute forme ionisée éventuellement observée. Si aucune formule n'est donnée dans la colonne « Molécule ou radical », c'est que seule la forme ionisée a été observée.

Détection

Les espèces chimiques listées ci-dessous ont été détectées par spectroscopie astronomique. Leurs raies spectrales sont produites par l'absorption ou l'émission de photons à des longueurs d'onde spécifiques de leurs transitions électroniques entre niveaux d'énergie, ainsi que de leurs rotations et vibrations moléculaires — spectroscopie rotationnelle et rotationnelle-vibrationnelle. Les détections sont généralement réalisées dans les longueurs d'onde radio, micro-onde ou infrarouge.

Le spectre d'une espèce chimique est déterminé par les règles de sélection de la chimie quantique et de la symétrie moléculaire. Certaines espèces présentent un spectre simple qu'il est aisé d'identifier tandis que d'autres — même des espèces comprenant très peu d'atomes — peuvent être très complexes et impliquer un grand nombre de raies, ce qui les rend bien plus difficiles à caractériser. Les interactions entre les noyaux atomiques et les électrons sont parfois à l'origine de la structure hyperfine des raies spectrales. L'existence d'isotopologues, c'est-à-dire d'espèces chimiques qui ne se différencient que par la présence d'un isotope de l'un de leurs atomes, complique encore davantage l'identification des spectres par déplacement isotopique.

La détection d'une nouvelle espèce circumstellaire ou interstellaire passe par l'identification d'un objet astronomique où elle est susceptible d'être présente, puis par son observation à l'aide d'un télescope équipé d'un spectrographe fonctionnant à la longueur d'onde requise avec la résolution spectrale et la sensibilité nécessaires. La première espèce chimique détectée dans le milieu interstellaire est le radical CH^• (méthylidyne), détecté en 1937 grâce à sa forte transition électronique à 430 nm, dans le spectre visible. Le répertoire des espèces chimiques détectées dans l'espace est biaisé en faveur de certaines formes plus faciles à détecter, la radioastronomie étant par exemple plus sensible aux espèces linéaires ayant un moment dipolaire élevé. Le cyanoacétylène H–C≡C–C≡N a ainsi été détecté dès juillet 1970 à l'aide du radiotélescope de 140 ft du NRAO, tandis que des cyanopolyynes HC_nN étaient identifiés pour n = 3, 5, 7, 9 dans le nuage moléculaire 1 du Taureau (TMC-1) au cours des années 1970.

Cyanotétra-acétylène HC₉N.

La molécule la plus abondante de l'univers, l'hydrogène moléculaire H₂, est complètement invisible aux radiotélescopes car elle n'a aucun moment dipolaire ; ses transitions électroniques sont trop énergétiques pour les télescopes optiques, de sorte que sa détection nécessite de recourir aux observations ultraviolettes, par exemple par fusée-sonde. Les raies de vibration ne sont généralement pas spécifiques d'une molécule donnée, ce qui ne permet d'identifier qu'une classe de molécules. On sait ainsi que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont abondants dans l'espace en raison de leurs raies de vibration, qui sont largement observées dans l'infrarouge, mais il n'est pas possible d'identifier précisément de quelles molécules il s'agit. On suspecte ainsi fortement la présence d'anthracène et de pyrène, parmi bien d'autres HAP, dans la nébuleuse du Rectangle rouge, située dans la constellation de la Licorne.

HAP probablement présents dans la nébuleuse du Rectangle rouge
Anthracène.
Pyrène.

Les molécules interstellaires sont formées par des réactions chimiques dans les nuages interstellaires de gaz et poussières interstellaires et circumstellaires. Généralement, ceci se produit lorsqu'une molécule est ionisée, souvent à la suite d'une interaction avec des rayons cosmiques. L'ion, électriquement chargé, attire un réactif proche par interaction électrostatique. Les molécules peuvent également être générées par réactions entre atomes neutres et molécules, mais ce processus est souvent plus lent. Les grains de poussière jouent un rôle important en protégeant les molécules des effets ionisants des rayons ultraviolets émis par les étoiles.

Sagittarius B2 est une région fréquemment ciblée par les observations. Ce nuage moléculaire de très grande taille est situé près du centre de la Voie lactée. Près de la moitié des molécules citées ci-dessous ont été détectées pour la première fois à proximité de Sagittarius B2, et presque toutes les autres y ont ensuite été détectées. L'étoile carbonée CW Leonis, également appelée IRC +10216, est riche en espèces chimiques circumstellaires et a permis à elle seule d'en observer une cinquantaine. Il n'y a pas de limite claire entre espèces interstellaires et circumstellaires, de sorte que les deux types sont listés dans les tables ci-dessous.

L'astrochimie cherche notamment à comprendre comme se forment ces espèces chimiques et à expliquer leurs abondances relatives. La densité extrêmement faible du milieu interstellaire ne favorise pas la formation de telles espèces car elle rend les réactions en phase gazeuse entre espèces électriquement neutres (atomes ou molécules) particulièrement inefficaces. Ces régions ont de plus une température généralement très basse, typiquement de l'ordre de 10 K au sein d'un nuage moléculaire, ce qui réduit encore davantage les vitesses de réaction, tandis que les rayonnements ultraviolets tendent à détruire les molécules par photochimie. Expliquer les abondances relatives des espèces chimiques dans l'espace nécessite de calculer l'équilibre entre la formation et la destruction de ces espèces à l'aide de la chimie ionique en phase gazeuse (en), souvent guidée par les rayons cosmiques, de la science des surfaces sur les possières cosmiques, des transferts radiatifs parmi lesquels l'extinction interstellaire, ainsi que des réseaux de réactions chimiques complexes.

Espèces chimiques

Les tables suivantes listent les espèces détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire, groupées par nombre d'atomes constituants. Si aucune entrée n'est donnée dans la colonne « molécule », seule la forme ionisée a été détectée. Si aucune désignation n'a été donnée dans la littérature scientifique, le champ « Espèce chimique » est laissé vide.

Espèces diatomiques (42)

Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
Monochlorure d'aluminium	AlCl^,	—	62,5
Monofluorure d'aluminium	AlF^,	—	46
Oxyde d'aluminium(II)	AlO	—	43
Hydrure d'argon (argonium)	—	ArH⁺	37
Carbone diatomique	C₂^,	—	24
Fluorométhylidynium	—	CF⁺	31
Méthylidyne	CH	CH⁺	13
Cyanogène	CN^,^,^,	CN⁺, CN⁻	26
Monoxyde de carbone	CO	CO⁺	28
Monophosphure de carbone	CP	—	43
Monosulfure de carbone	CS	—	44
Oxyde de fer(II)	FeO	—	82
Dihydrogène	H₂	—	2
Chlorure d'hydrogène	HCl	HCl⁺	36,5
Fluorure d'hydrogène	HF	—	20
Hydroxyle	HO^•	—	17
Monohydrure d'azote	HN^,	—	15
Hydrure d'hélium (hélonium)	—	HeH⁺	5,0
Chlorure de potassium	KCl^,	—	75,5
Diazote	N₂^,	—	28
Monoxyde d'azote	NO	NO⁺	30
Mononitrure de monosoufre	SN	—	46
Chlorure de sodium	NaCl^,	—	58,5
Monohydrure de magnésium	—	MgH⁺	25,3
Dioxygène	O₂	—	32
Nitrure de phosphore	PN	—	45
Monoxyde de phosphore	PO	—	47
Hydrure de soufre	SH	SH⁺	33
Monoxyde de soufre	SO	SO⁺	48
Carbure de silicium	SiC^,	—	40
Mononitrure de silicium	SiN	—	42
Monoxyde de silicium	SiO	—	44
Monosulfure de silicium	SiS	—	60
Oxyde de titane(II)	TiO	—	63,9

Espèces triatomiques (44)

Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
Isocyanure d'aluminium	AlNC	—	53
Hydroxyde d'aluminium	AlOH	—	44
Tricarbone	C₃	—	36
Radical éthynyle	C₂H^,	—	25
Cyanométhylidyne	CCN	—	38
Monoxyde de dicarbone	C₂O	—	40
Thioxoéthénylidène	C₂S	—	56
—	C₂P	—	55
Dioxyde de carbone	CO₂	—	44
Cyanure de fer	FeCN	—	82
Trihydrogène	—	H₃⁺	3
Méthylène	H₂C	—	14
Chloronium	—	H₂Cl⁺	37,5
Eau	H₂O	H₂O⁺	18
Hydroperoxyle	HO₂	—	33
Sulfure d'hydrogène	H₂S	—	34
Cyanure d'hydrogène	HCN^,^,	—	27
Isocyanure d'hydrogène	HNC	—	27
Radical formyle	HCO	HCO⁺^,^,	29
Phosphaéthyne	HCP	—	44
Thioformyle	HCS	HCS⁺^,	45
Diazénylium	—	HN₂⁺^,^,	29
Nitroxyle	HNO	—	31
Isoformyle	—	HOC⁺	29
Isothioformyle	HSC	—	45
Cyanure de potassium	KCN	—	65
Cyanure de magnésium	MgCN	—	50
Isocyanure de magnésium	MgNC	—	50
Radical amine	NH₂	—	16
Protoxyde d'azote	N₂O	—	44
Cyanure de sodium	NaCN	—	49
Hydroxyde de sodium	NaOH	—	40
Oxysulfure de carbone	OCS	—	60
Ozone	O₃	—	48
Dioxyde de soufre	SO₂^,	—	64
c-dicarbure de silicium	c-SiC₂^,	—	52
Carbure de disilicium	SiCSi	—	68
Carbonitrure de silicium	SiCN	—	54
—	SiNC	—	54
Dioxyde de titane	TiO₂	—	79,9
Isocyanure de calcium	CaNC	—	92

Espèces à quatre atomes (30)

Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
Méthyle	CH₃	CH₃⁺	15
Propynylidyne	l-C₃H^,	l-C₃H⁺	37
Cyclopropynylidyne	c-C₃H	—	37
Cyanoéthynyle	C₃N	C₃N⁻	50
Monoxyde de tricarbone	C₃O	—	52
Isocyanogène	CNCN	—	52
Sulfure de tricarbone	C₃S^,	—	68
Hydronium	—	H₃O⁺	19
Acétylène	C₂H₂	—	26
Méthylène amidogène	H₂CN	H₂CN⁺	28
Formaldéhyde	H₂CO	—	30
Thioformaldéhyde	H₂CS	—	46
Cyanocarbène	HCCN	—	39
Cétényle	HCCO	—	41
Cyanure d'hydrogène protoné	—	HCNH⁺	28
Dioxyde de carbone protoné	—	HOCO⁺	45
Acide fulminique	HCNO	—	43
Acide cyanique	HOCN	—	43
Acide isocyanique	HNCO	—	43
Acide isothiocyanique	HNCS	—	59
Acide thiocyanique	HSCN	—	59
Peroxyde d'hydrogène	HOOH	—	34
Ammoniac	NH₃^,	—	17
Phosphine	PH₃	—	34
Tricarbure de silicium	SiC₃	—	64
Isocyanure d'hydromagnésium	HMgNC	—	51,3
Acide nitreux	HNO₂	—	47

Espèces à cinq atomes (22)

Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
Ammonium	—	NH₄⁺	18
Méthane	CH₄^,	—	16
Radical méthoxy	H₃CO^•	—	31
Hydroxylamine	NH₂OH	—	33
Cyclopropénylidène	c-C₃H₂^,^,	—	38
Propadiénylidène	l-C₃H₂	—	38
Cyanométhyle	H₂CCN	—	40
Cétène	H₂C₂O	—	42
Méthanimine	H₂CNH	—	29
Cyanamide hydrogène	NCNH₂, HNCNH	—	42
Formaldéhyde protoné	—	H₂COH⁺	31
Butadiynyle	C₄H	C₄H⁻	49
Cyanoacétylène	HC₃N^,^,^,^,	—	51
Isocyanoacétylène	HCC-NC	—	51
Acide formique	HCOOH	—	46
Cyanogène protoné	—	NCCNH⁺	53
Cyanoformaldéhyde	HC(O)CN	—	55
C₅ linéaire	C₅^,	—	60
Cluster de carbure de silicium	SiC₄	—	92
Silane	SiH₄	—	32

Espèces à six atomes (17)

Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
Cyclopropénone	c-H₂C₃O	—	54
E-Cyanométhanimine	HNCHCN	—	54
Cyanure de silyle	SiH₃CN	—	57
Éthylène	C₂H₄	—	28
Acétonitrile	CH₃CN^,	—	40
Isocyanure de méthyle	CH₃NC	—	40
Méthanol	CH₃OH	—	32
Méthanethiol	CH₃SH	—	48
Butadiyne (diacétylène)	l-H₂C₄^,	—	50
Cyanoacétylène protoné	—	HC₃NH⁺	52
Formamide	HCONH₂	—	44
Pentynylidyne	C₅H^,	—	61
Cyanobutadiynyle	C₅N	—	74
Propynal	HC₂CHO	—	54
—	HC₄N	—	63
Céténimine	CH₂CNH	—	40
—	C₅S	—	92

Espèces à sept atomes (14)

Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
Oxyde d'éthylène	c-C₂H₄O	—	44
Propyne (méthylacétylène)	CH₃C₂H	—	40
Méthylamine	H₃CNH₂	—	31
Acrylonitrile	CH₂=CHC≡N^,	—	53
Propargylimine	HC≡CCH=NH	—	53
Alcool vinylique	H₂CHCOH	—	44
Hexatriynyle	^•C₆H^,	C₆H⁻^,	73
Cyanodiacétylène	HC₄CN^,^,	—	75
Isocyanodiacétylène	HC≡C–C≡C–N⁺≡C⁻	—	75
—	HC₅O^•	—	77
Acétaldéhyde	CH₃CHO^,	—	44
Isocyanate de méthyle	H₃CNCO	—	57
Glycolonitrile (hydroxyacétonitrile)	HOCH₂CN	—	57

Espèces à huit atomes (13)

Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
Méthylsilane	CH₃SiH₃	—	46
Méthylcyanoacétylène	H₃CC₂CN	—	65
Glycolaldéhyde	H₂COHCHO	—	60
Formiate de méthyle	HCOOCH₃^,^,	—	60
Acide acétique	CH₃COOH	—	60
Cyanure propargylique	HC≡C–CH₂CN	—	65
Hexapentaénylidène	H₂C₆^,	—	74
Acroléine	CH₂CHCHO	—	56
Cyanoallène	CH₂CCHCN^,	—	65
Éthanimine	CH₃CHNH	—	43
Radical heptatriényle	^•C₇H	—	85
Aminoacétonitrile	NH₂CH₂CN	—	56
Urée	(NH₂)₂CO	—	60

Espèces à neuf atomes (11)

Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
Méthyldiacétylène	CH₃C₄H	—	64
Méthoxyméthane (diméthyléther)	CH₃OCH₃	—	46
Propionitrile	CH₃CH₂CN^,^,^,	—	55
Acétamide	CH₃CONH₂^,	—	59
N-Méthylformamide	CH₃NHCHO	—	59
Éthanol	CH₃CH₂OH	—	46
Octatétraynyle	^•C₈H	C₈H⁻^,	97
Cyanohexatriyne (cyanotriacétylène)	HC₇N^,^,^,	—	99
Propylène	CH₃CHCH₂	—	42
Éthanethiol	CH₃CH₂SH	—	62

Espèces à dix atomes ou plus (22)

Atomes	Espèce chimique	Molécule ou radical	Ion	Masse
10	Acétone	(CH₃)₂CO^,	—	58
10	Propanal	CH₃CH₂CHO	—	58
10	Oxyde de propylène	CH₃CHCH₂O^,	—	58
10	Éthylène glycol	(CH₂OH)₂	—	62
10	Méthoxyméthanol	CH₃OCH₂OH	—	62
10	Méthyl-cyano-diacétylène	CH₃C₅N	—	89
11	Éthanolamine	NH₂CH₂CH₂OH	—	61
11	Formiate d'éthyle	C₂H₅OCHO	—	74
11	Acétate de méthyle	CH₃COOCH₃	—	74
11	Méthyltriacétylène	CH₃C₆H^,	—	88
11	Cyanotétra-acétylène	HC₈CN^,	—	123
12	Butyronitrile	C₃H₇CN	—	69
12	Isobutyronitrile	(CH₃)₂CHCN	—	69
12	Benzène	C₆H₆	—	78
13	Benzonitrile	C₆H₅CN	—	103
13	Cyanopentaacétylène	HC₁₀CN	—	147
17	Indène	C₉H₈	—	116
19	1-Cyanonaphtalène	C₁₀H₇CN	—	153
19	2-Cyanonaphtalène	C₁₀H₇CN	—	153
60	Buckminsterfullerène	C₆₀	C₆₀⁺^,	720
70	Fullerène C₇₀	C₇₀	—	840

Espèces contenant du deutérium (22)

Espèces chimiques dont l'observation astronomique attend confirmation (12)

La détection des espèces suivantes a été rapportée dans la littérature scientifique, mais n'a pas encore été confirmée par des recherches ultérieures.

Atomes	Espèce chimique	Formule
2	Silylidine	SiH
4	Monoacétylure de magnésium	MgCCH
4	Cyanophosphaétyne	NCCP
5	—	H₂NCO⁺
6	Cyanure de silyle	SiH₃CN
10	Glycine^,^,	HOOC–CH₂–NH₂
12	Méthoxyéthane (méthyl-éthyl-éther)	CH₃OC₂H₅
12	Dihydroxyacétone	CO(CH₂OH)₂
18	Cation naphtalène	C₁₀H₈⁺
24	Graphène	C₂₄
24	Anthracène	C₁₄H₁₀
26	Pyrène	C₁₆H₁₀

Notes et références

Notes

Références

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↑ (en) Stephen Battersby, « Space molecules point to organic origins », sur NewScientist, 9 janvier 2004 (consulté le 25 décembre 2014).

Atomes	Espèce chimique	Formule
2	Deutérure d'hydrogène^,	HD
3	Trihydrogène deutéré^,	H₂D⁺, HD₂⁺
3	Eau lourde^,	HDO, D₂O
3	Cyanure d'hydrogène	DCN
3	Radical formyle	^•CDO
3	Isocyanure d'hydrogène	DNC
3	—	N₂D⁺
3	Radical amine (en)	^•NHD, ^•ND₂
4	Ammoniac^,^,	NH₂D, NHD₂, ND₃
4	Formaldéhyde^,	HDCO, D₂CO
4	Acide isocyanique	DNCO
5	Ion ammonium	NH₃D⁺
6	Formamide	NH₂CDO, NHDCHO
7	Propyne^, (méthylacétylène)	CH₂DCCH, CH₃CCD