DANS L'ESPACE, LA MOLÉCULE LA MOINS STABLE GAGNE

Beaucoup de molécules trouvées dans l’espace sont faites de quatre éléments seulement : l’hydrogène, le carbone, l’azote et l’oxygène — les briques de la chimie organique et prébiotique. Bien agencés, ils peuvent former la liaison peptidique, –C(=O)–N(–H)–, qui relie les acides aminés en protéines. Les auteurs voient dans le groupe isocyanate, –N=C=O, sa sous-structure essentielle : le même enchaînement N–C–O. Parmi plus de 350 molécules identifiées entre les étoiles, cinq seulement le portaient, dont l’acide isocyanique, HNCO.

Deux façons d’ajouter un proton

L’acide isocyanique peut capter un proton supplémentaire à deux endroits. Sur l’azote, il devient H₂NCO⁺, l’arrangement le plus stable, déjà détecté dans l’espace. Sur l’oxygène, il devient HNCOH⁺, un isomère — mêmes atomes, arrangement différent — plus haut en énergie de 18 kilocalories par mole — l’énergie d’un gaz à environ 9 000 kelvins, très loin de la centaine de kelvins du nuage.

La théorie et le laboratoire laissaient penser que la seconde forme ne devait pas être rare. Des calculs récents de la réaction entre l’ion H₃⁺ et HNCO, sans doute l’une des voies principales de formation de ces ions, montrent qu’elle produit HNCOH⁺ dans environ 80 % des cas. Dans une expérience de laboratoire, HNCOH⁺ était deux fois plus abondant que H₂NCO⁺. Et une fois formé, HNCOH⁺ peut difficilement se changer en son jumeau stable : une haute barrière d’énergie l’en empêche. Pourtant, personne ne l’avait jamais vu dans l’espace.

Un nuage secoué par des collisions

Marta Rey-Montejo, du Centro de Astrobiología, en Espagne, et ses collègues d’Espagne, d’Allemagne, du Japon, des États-Unis et du Chili ont observé G+0.693-0.027, un nuage moléculaire proche du centre de la Voie lactée. Des chocs à grande échelle, probablement dus à une collision entre nuages, arrachent la matière des manteaux de glace et des cœurs des grains de poussière et la libèrent dans le gaz. Le nuage est ainsi l’un des endroits les plus féconds pour découvrir de nouvelles molécules.

Ils ont utilisé un relevé ultra-profond du nuage par trois radiotélescopes — les antennes de 40 mètres de Yebes, de 30 mètres de l’IRAM et APEX — couvrant près de 150 GHz de fréquences entre 31 et 275 GHz.

Sept raies, une molécule

Une molécule qui tourne dans l’espace émet sur une échelle de fréquences radio précises, chacune visible comme un pic étroit, une raie du spectre. Seuls les deux barreaux les plus bas de HNCOH⁺ avaient été mesurés au laboratoire ; l’équipe a donc extrapolé les autres. Huit barreaux tombaient dans le relevé ; sept ont pu être analysés, le huitième se trouvant sous une raie de l’atmosphère terrestre.

Tous concordaient. L’ajustement donne une densité de colonne de 9,9 × 10¹² molécules par centimètre carré le long de la ligne de visée, une abondance d’environ 7,3 × 10⁻¹¹ par rapport à l’hydrogène moléculaire, et une température d’environ 24 kelvins pour la rotation de la molécule. La plupart de ces raies n’avaient jamais été mesurées dans aucun laboratoire ; l’équipe en a tiré une première valeur de l’étirement de la molécule quand elle tourne, en très bon accord avec les calculs de chimie quantique.

Les sept raies de rotation de HNCOH⁺ vers G+0.693 : spectre observé (gris), ajustement de HNCOH⁺ (rouge), toutes les molécules connues (bleu). La structure de la molécule est montrée en bas à droite. — Figure 1, Rey-Montejo et al. (2026), arXiv:2610.39654.

Le jumeau le moins stable l’emporte

Grâce à des données plus récentes, l’équipe a aussi remesuré le jumeau stable, H₂NCO⁺ : 2,6 × 10¹² par centimètre carré. HNCOH⁺ est donc 3,8 fois plus abondant.

Si les deux formes se répartissaient simplement selon leurs énergies, à la température du nuage, environ 70 à 140 kelvins, HNCOH⁺ serait plus de 20 ordres de grandeur plus rare que H₂NCO⁺. Son abondance reflète au contraire sa fabrication : la réaction qui forme ces ions favorise la forme la moins stable. Les auteurs notent que d’autres familles d’isomères de l’espace montrent le même schéma, avec des formes de haute énergie aussi courantes que leurs homologues stables. Les deux ions diffèrent aussi par leur rotation : HNCOH⁺ paraît plus chaud que H₂NCO⁺ (environ 24 contre 9 kelvins, quand le gaz lui-même est à 70 à 140 kelvins). Explication possible, selon les auteurs : HNCOH⁺ est moins polaire, il cède donc moins facilement son énergie de rotation en ondes radio, et les collisions avec le gaz le font tourner plus vite.

Six molécules, et ce n’est pas fini

HNCOH⁺ est la sixième molécule de l’espace qui porte le groupe isocyanate. Les auteurs appellent à une étude de laboratoire dédiée pour cartographier tout son spectre de rotation. Leur leçon plus générale porte sur la chimie entre les étoiles : là-bas, l’arrangement d’atomes le plus stable n’est pas forcément le plus courant — ce qui compte, c’est le chemin par lequel une molécule naît.