LE SOUFRE MANQUANT DE L'ESPACE SERAIT COLLÉ AUX POUSSIÈRES

Comptez le soufre de l’Univers : vous trouvez environ 1,2 atome pour 100 000 atomes d’hydrogène. Pourtant, dans les nuages moléculaires, ces pouponnières d’étoiles froides et denses, les molécules soufrées détectées par les télescopes ne représentent même pas 5 % de ce total. Cette énigme ancienne porte un nom : le problème du « soufre manquant ».

La plupart des astrochimistes soupçonnent que le reste est enfermé sous forme solide sur les grains de poussière. Les candidats : des sulfures de fer et de magnésium — trouvés dans des météorites et dans les échantillons rapportés des astéroïdes Ryugu et Bennu —, des sels, ou des formes de soufre pur comme S₈, presque impossibles à voir de loin. La voie classique des manuels, le soufre transformé en sulfure d’hydrogène sur les grains, se heurte aux observations : le sulfure d’hydrogène solide est rare. Des calculs prévoyaient que les atomes de soufre devaient se lier fortement aux poussières de silicate. Personne ne l’avait vérifié en laboratoire, avec des quantités infimes et réalistes.

Observer des atomes isolés sur une poussière froide

Ni-En Sie et ses collègues de l’université d’Hokkaido, avec des partenaires de l’université d’Hiroshima, du CSIC à Madrid et du RIKEN, ont travaillé dans une enceinte sous ultravide, sur une surface refroidie à 10 kelvins. Cette surface était couverte d’un film de 500 nanomètres de silicate de magnésium amorphe, qui imite la poussière interstellaire, parfois recouvert d’une couche de glace d’eau.

Ils y ont déposé une quantité infime de sulfure d’hydrogène — un quart de pour cent d’une seule couche de molécules — puis l’ont cassé au laser ultraviolet pour ne laisser que des atomes de soufre. Vient alors l’outil clé : une impulsion laser détache doucement des atomes de la surface, et une seconde n’ionise que le soufre. L’équipe peut ainsi compter directement les atomes de soufre présents à la surface, tels quels. Les expériences précédentes en étaient incapables.

Des atomes qui refusent de partir

Chaque échantillon a été chauffé jusqu’à 180 kelvins, température où toute la glace d’eau s’est évaporée, puis les atomes restants ont été comptés.

• Sur silicate nu, la moitié des atomes de soufre est restée (rapport 0,50 ± 0,13). Leur signal est ensuite resté constant pendant des réchauffages répétés jusqu’à la température ambiante : le soufre est lié chimiquement au silicate, pas simplement posé dessus.
• Certains atomes se sont assemblés en molécules S₂ pendant le réchauffage — première preuve expérimentale que des agrégats de soufre se forment sur silicate, même à partir de très peu d’atomes.
• Le soufre ne s’évapore presque pas seul ; ce qui est perdu part surtout avec l’eau, quand la glace se sublime.
• Les atomes déposés sur la glace ont disparu du signal de surface vers 150 kelvins, puis sont réapparus à 160 kelvins au départ de l’eau : ils avaient traversé la glace pour s’accrocher au silicate en dessous.

À gauche : les atomes de soufre sur silicate couvert de glace disparaissent du signal de surface vers 150 K, puis reviennent à 160 K quand la glace s’en va. À droite : gaz libérés en chauffant un échantillon irradié aux UV. — Figure 6, Sie et al. (2026), arXiv:2609.37663.

Des calculs de chimie quantique donnent une énergie de liaison d’environ 9 700 kelvins pour un atome de soufre sur un site de magnésium d’un grain de silicate, et suggèrent que transformer ce soufre en sulfure d’hydrogène sur le grain est défavorable.

Un réservoir caché, et un test

L’équipe a ensuite injecté ces résultats dans un modèle de nuage peu dense qui se densifie. Les ions soufre sont neutralisés et se collent aux grains en quelques centaines d’années. Avant que la glace ne recouvre les grains, 10 à 20 % de tout le soufre finit lié chimiquement à leur surface — deux à quatre fois plus de soufre piégé sur les grains qu’on n’en comptait jusqu’ici. Une fois lié, il reste invisible même après le départ de la glace.

Le modèle suppose que tous les grains sont en silicate, et ses chiffres dépendent de propriétés de surface mal connues. Mais il fait une prédiction vérifiable : là où des ondes de choc chauffent assez la poussière, ce soufre caché devrait être libéré — ce que les auteurs proposent de chercher avec le télescope spatial James Webb.