Prebiotic significance of interstellar/pre-cometary ices photochemistry

Intérêt prébiotique de la photochimie de glaces interstellaires/pré-cométaires

• Auteur / Autrice : Pierre de Marcellus
• Direction : Louis d' Hendecourt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace. Astrophysique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chiralité

Matière interstellaire

Mots clés libres

Astrochimie expérimentale

Uv-cpl

Molécules prébiotiques

Matière extraterrestre

Résumé

Depuis une trentaine d'années, l'interaction entre les observations astronomiques et les expériences de laboratoire a permis de déterminer les molécules les plus abondantes composant les glaces interstellaires. Il a été montré que la photochimie ultraviolette de ces analogues de glaces en laboratoire mène, après réchauffement de l'échantillon à température ambiante, à la formation d'un résidu organique complexe semi-réfractaire, parfois considéré comme un analogue de la matière organique (pré-)cométaire. Ce travail de thèse se propose d'étudier la pertinence astrophysique et prébiotique de tels processus. Pour cela, nous avons effectué une multi-analyse des résidus en spectroscopie infrarouge, en chromatographie en phase gazeuse mono et multi-dimensionnelle, en spectrométrie de masse à temps de vol et orbitrap. Nous avons également installé notre dispositif sur le synchrotron SOLEIL et réussi à montrer que l'irradiation d'analogues de glaces interstellaires achirales avec du rayonnement UV polarisé circulairement, dans le cadre d'un scénario astrophysique plausible, est en mesure d'expliquer les excès énantiomériques de certains acides aminés observés dans les météorites primitives. Ceci établit un possible lien entre la photochimie UV et la matière soluble extraterrestre, suggérant que la matière interstellaire est partiellement conservée lors de la transition vers la nébuleuse solaire, en particulier par son incorporation dans les comètes et petits astéroïdes, et soutient finalement le scénario d'un apport exogène de matière organique prébiotique, fonctionnalisée, hydrosoluble et contenant un excès énantiomérique initial, à la surface de la Terre primitive.

For the past thirty years, the interaction between astronomical observations and laboratory experiments has allowed to determine the molecular composition of the most abundant interstellar ices, observed in the infrared range. It has been shown that ultraviolet photochemistry of these ice analogues in laboratory leads, after warming-up of the sample at room temperature, to the formation of a complex semi-refractory organic residue, sometimes considered to be an analogue of (pre-)cometary matter. This PhD work is dedicated to study the astrophysical and prebiotic relevance of such processes. For this, we have performed a multi-analysis of the residues using infrared spectroscopy, mono and multi-dimensional gas chromatography, time-of-flight mass spectrometry and orbitrap. We have also mounted our experimental device on the SOLEIL synchrotron facility and succeeded in showing that UV circularly polarized irradiation of initially achiral interstellar ice analogues is in position to explain the enantiomeric excesses of some amino acids observed in the soluble part of primitive meteorites. This result establishes a possible link between UV photochemistry and this soluble part of extraterrestrial material, suggesting that the interstellar matter is partially preserved during the transition toward the solar nebula, especially by its incorporation into comets and asteroids, and finally supports the scenario of an exogenous delivery of prebiotic matter, functiohalized, hydro-soluble and containing an initial enantiomeric excess, to the surface of the primitive Earth.