Les molécules interstellaires, produits d'une chimie très élaborée

Les premières observations de molécules dans le MIS remontent à 1941 : les molécules CH, CH⁺ et CN ont été détectées dans un nuage diffus, grâce à leurs raies observées en aborption dans le domaine visible du spectre de l'étoile Dzeta Ophiuchii.

L'avènement de la radioastronomie en ondes centimétriques et décimétriques, outre la découverte de l'hydrogène atomique, a permis la découverte du radical hydroxyle OH (en 1963) et des premières molécules polyatomiques : l'ammoniac NH₃ (en 1968), l'eau H₂O et le formaldéhyde H₂CO (en 1969).

C'est le développement de la radioastronomie dans le domaine des ondes millimétriques et sub-millimétriques, à partir des années 1970, qui a permis de découvrir la plupart des molécules interstellaires. La première molécule découverte dans ce domaine de longueur d'onde est la molécule de monoxyde de carbone CO. C'est la molécule la plus abondante, après H₂ : elle sert de traceur du gaz moléculaire dans notre Galaxie et les galaxies extérieures.

A ce jour, 200 molécules ont été identifiées dans le MIS. On peut en consulter la liste sur les sites suivants : http://aramis.obspm.fr/mol/index.html et http://www.cv.nrao.edu/~awootten/allmols.html

On y trouve des molécules simples bien connues, comme par exemple le chlorure de sodium NaCl (sel de cuisine !). Beaucoup de molécules organiques ont été détectées ; parmi les plus courantes : le méthane CH₄, l'alcool éthylique C₂H₅OH, l'acide acétique CH₃COOH (qui entre dans la composition du vinaigre !), l'acétone CH₃COCH₃, et même un sucre : le dihydroxyacétone (CH₂OH)₂CO.

Une des molécules les plus complexes découvertes jusqu'ici est une longue chaîne carbonée de 13 atomes : le cyanodécapentayne HC₁₁N. Elle fait partie de la famille des cyano-poly-ines dont tous les éléments plus simples : HC₃N, HC₅N, HC₇N et HC₉N ont également été détectées dans le MIS. Des fullerènes comme C₆₀ ou C₇₀ ont aussi été détectés.

Il est remarquable que dans un ultra-vide, que sont en fait les nuages interstellaires, où règnent des conditions physiques extrêmes, puissent se former des molécules, et en particulier des molécules organiques, aussi complexes. L'acide aminé le plus simple, la glycine : NH₂CH₂COOH, est une molécule moins complexe que les molécules les plus complexes détectées à ce jour. Néanmoins, toutes les tentatives de détection de la glycine dans le MIS ont échoué jusqu'ici.

Une autre caractéristique de la composition chimique du MIS est la présence de cations (ions chargés positivement), et en particulier, de cations moléculaires, tels : CH⁺, SO⁺, H₃⁺, HCO⁺, HCS⁺, N₂H⁺, H₃O⁺, HOCO⁺, H₂COH⁺, HCNH⁺, HC₃NH⁺. Comme nous le verrons plus loin, les cations jouent un rôle fondamental dans la chimie interstellaire. Les anions (ions chargés négativement) sont aussi présents dans le MIS, mais en nombre beaucoup plus restreint.