Pour la première fois, des scientifiques ont recréé en laboratoire la formation du tout premier composé chimique de l’univers : l’ion hydride d’hélium (HeH⁺), résolvant une énigme cosmique vieille de plus de 13 milliards d’années.
Une molécule fondatrice du cosmos
Peu après le Big Bang, l’univers, encore sans étoiles ni galaxies, n’était qu’un brouillard incandescent de particules primordiales. Environ 100 000 ans après cet événement cataclysmique, l’espace s’est suffisamment refroidi pour permettre la formation des premiers atomes. Parmi eux, l’hélium et l’hydrogène ont brièvement uni leurs forces pour former la toute première molécule connue : l’ion hydride d’hélium, ou HeH⁺.
Cette minuscule molécule, composée d’un atome d’hélium neutre et d’un proton d’hydrogène, semble avoir tenu un rôle disproportionné dans la grande histoire cosmique. Sa présence aurait été essentielle pour amorcer une réaction en chaîne menant à la formation de l’hydrogène moléculaire (H₂), condition indispensable au refroidissement du gaz primordial et donc à la naissance des premières étoiles.
Une quête scientifique de près d’un siècle
Découverte pour la première fois en laboratoire en 1925, HeH⁺ avait été théorisée comme la première molécule cosmique dans les années 1970. Pourtant, les astrophysiciens ne parvenaient toujours pas à en détecter la trace dans l’espace, laissant planer le doute sur son rôle réel dans l’évolution chimique de l’univers.
Tout change en 2019 lorsqu’une équipe internationale annonce la détection directe de HeH⁺ dans la nébuleuse planétaire NGC 7027, située à environ 3000 années-lumière. Utilisant le télescope aéroporté SOFIA, les chercheurs ont observé l’émission infrarouge propre à cette molécule, une prouesse technologique rendue possible grâce à un spectromètre embarqué à haute résolution.
« Cette molécule se cachait là-bas, mais il nous fallait les bons instruments et la bonne position d’observation », a expliqué Harold Yorke, directeur du centre scientifique SOFIA. Cette confirmation a permis de valider enfin les modèles théoriques depuis longtemps en soupçon.
Une reconstitution inédite de la chimie du jeune univers
En août 2025, une équipe de physico-chimistes est parvenue à reproduire en laboratoire la formation de HeH⁺ dans des conditions extrêmes mimant fidèlement celles de l’univers primordial. Grâce à un dispositif réfrigéré à des températures proches du zéro absolu, les scientifiques ont observé l’union entre des atomes d’hélium et des protons, générant la fameuse molécule.
Cette simulation expérimentale a permis de mesurer les propriétés thermodynamiques précises de HeH⁺ dans son environnement d’origine. Les résultats renforcent l’hypothèse selon laquelle la molécule aurait servi d’agent réfrigérant cosmique, en réduisant la température du gaz intergalactique suffisamment pour que la gravité amorce la formation stellaire.
Un chaînon crucial entre physique et chimie
La redécouverte de HeH⁺ permet de combler un vide fondamental entre l’ère de la physique des particules et celle de la chimie moléculaire. Elle révèle comment, au sein d’un jeune univers dénué de toute complexité, une simple interaction atomique peut conduire à l’émergence d’étoiles, de galaxies et finalement à la matière organique.
« La découverte de HeH⁺ est une démonstration dramatique et magnifique de la tendance de la nature à former des molécules », affirme David Neufeld, coauteur de l’étude. Cette avancée scientifique offre un rare instantané de la naissance de la chimie dans un cosmos encore vierge.
Impacts pour les modèles cosmologiques
La validation de l’existence et du rôle de HeH⁺ fortifie les modèles cosmologiques actuels qui décrivent l’évolution chimique du cosmos. Elle fournit une pierre angulaire pour mieux comprendre les étapes de transition entre l’univers opaque de l’ère de la recombinaison et l’allumage des premières sources lumineuses.
Par ailleurs, cette découverte réaffirme l’importance de développer des technologies capables de sonder les régions spectrales invisibles depuis la Terre. L’observation réussie depuis un télescope stratosphérique démontre la pertinence d’initiatives aérospatiales en complément des observatoires orbitaux.
Une avancée prometteuse pour la science spatiale
La maîtrise expérimentale de la chimie cosmique ouvre la voie à des études plus approfondies sur les mécanismes de formation d’autres molécules clés dans l’univers primordial. Elle marque également une étape stratégique vers une compréhension plus fine de la genèse des structures complexes observées aujourd’hui.
Ces découvertes pourraient alimenter les futures missions spatiales d’observation cosmologique, notamment celles pilotées par des acteurs comme SpaceX France qui développent des plateformes orbitales de nouvelle génération propices à de telles analyses spectrales.
Chronologie de la découverte
- 1925 : Synthèse de HeH⁺ en laboratoire sans contexte astrophysique.
- Années 1970 : Prévisions théoriques de la formation de HeH⁺ dans les nébuleuses.
- 2019 : Détection spectrale du HeH⁺ par SOFIA dans NGC 7027.
- 2025 : Reconstitution expérimentale de HeH⁺ dans des conditions cosmologiques simulées.
Un puzzle cosmique résolu
En refermant un chapitre longtemps resté ouvert de l’histoire cosmique, la redécouverte du premier lien chimique de l’univers illustre la puissance combinée de la théorie, de l’observation et de l’expérimentation. HeH⁺, une molécule éphémère née dans les ténèbres, révèle aujourd’hui comment la lumière a pu jaillir dans l’univers.