Une étude, dont les résultats intitulés «X-ray photodesorption from water ice in protoplanetary disks and X-ray-dominated regions» sont publiés dans la revue Nature Astronomy, a permis de déterminer expérimentalement l’efficacité du processus de photodésorption de glaces par les rayons X, jusqu’ici non considéré dans les modèles astrochimiques de régions du milieu interstellaire irradiée par des rayons X.

Rappelons tout d'abord que de nombreuses molécules sont observées «dans les régions froides et denses du milieu interstellaire». Alors que «certaines sont présentes sous forme de gaz, d’autres sont collées à la surface de minuscules grains de poussière, formant ce que l’on appelle des manteaux de glace». En fait, «le constituant majoritaire de cette glace est l’eau, qui joue un rôle important dans de nombreuses régions du milieu interstellaire, telles que les disques protoplanétaires, futurs lieux de formation de planètes qui entourent les très jeunes étoiles».

Normalement, «lorsque les grains de poussière sont suffisamment froids, les molécules qui s’y forment ou s’y collent devraient rester gelées», mais ce n'est pas compatible avec les observations du gaz dans les régions froides par les astronomes. Il en résulte «que des processus sont à l’œuvre qui permettent de détacher des molécules des manteaux glacés», ce qui implique «l’apport d’énergie, qui peut être sous forme de rayonnement (UV, X, rayons cosmiques…), d’énergie chimique, de chocs…».

Comme «dans la plupart des régions du milieu interstellaire, on trouve du rayonnement ultraviolet», le processus «par lequel un photon UV détache une molécule de la glace (la photodésorption)» est «pris en compte dans les modèles astrochimiques et est bien étudié en laboratoire». Cependant, «il existe des régions où l’on trouve aussi une illumination par des rayons X, par exemple dans les disques protoplanétaires où la jeune étoile émet fortement dans cette gamme d’énergie».

Néanmoins, la prise en compte d'un processus «comme la photodésorption par les rayons X dans les modèles astrochimiques s’intéressant à de telles régions», nécessite «de disposer de données expérimentales». C'est cette démarche que l'étude ici présentée a effectuée pour ce qui concerne la glace d’eau.

Dans ce but, «la chambre expérimentale sous ultravide SPICES 2, dédiée à l’étude de processus à l’interface entre solide et gaz à basse température», a été amenée «sur la ligne de lumière SEXTANTS du synchrotron SOLEIL», car «les conditions d’ultravide (~10-10 mbar) sont nécessaires pour étudier les phénomènes de surface, et les conditions de basse température (15 K) reproduisent celles des régions de l’espace étudiées», tandis que le rayonnement synchrotron «fournit un flux de rayons X intense, monochromatique et accordable sans lequel ce genre d’étude serait impossible».

Au bout du compte, cette étude quantifie «la photodésorption de la molécule d’eau mais aussi de différentes espèces neutres ou ionisées issues de la fragmentation et de la photochimie induite par les rayons X dans la glace d’eau». Alors que «les études précédentes ne s’étaient intéressées qu’au seul ion H+», il apparaît que la photodésorption des espèces neutres est quantitativement la plus importante.

Désormais, les chiffres obtenues vont pouvoir «être adaptés et introduits dans les modèles astrochimiques de régions comme les disques protoplanétaires, permettant d’évaluer l’impact du processus de photodésorption par les rayons X sur la chimie et la physique de ces environnements».