Cette liste non exhaustive recense un peu plus de 240 espèces chimiques polyatomiques (molécules, radicaux libres ou ions) détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire, classées par nombre d'atomes constituants. Sont mentionnées la formule brute ou semidéveloppée de chaque espèce, ainsi que toute forme ionisée éventuellement observée. Si aucune formule n'est donnée dans la colonne « Molécule ou radical », c'est que seule la forme ionisée a été observée.

Détection

vignette|Radiotélescope de de l'observatoire radio de Nobeyama, au Japon, pour l'observation millimétrique, à l'origine de la détection de diverses espèces chimiques dans l'espace., dont l'acétonitrile .

vignette|Spectre de la comète Hyakutake, observée en 1996..

Les espèces chimiques listées ci-dessous ont été détectées par spectroscopie astronomique. Leurs raies spectrales sont produites par l'absorption ou l'émission de photons à des longueurs d'onde spécifiques de leurs transitions électroniques entre niveaux d'énergie, ainsi que de leurs rotations et vibrations moléculaires — spectroscopie rotationnelle et rotationnelle-vibrationnelle. Les détections sont généralement réalisées dans les longueurs d'onde radio, micro-onde ou infrarouge Frank H. Shu, The Physical Universe: An Introduction to Astronomy, University Science Books, 1982, ..

Le spectre d'une espèce chimique est déterminé par les règles de sélection de la chimie quantique et de la symétrie moléculaire. Certaines espèces présentent un spectre simple qu'il est aisé d'identifier tandis que d'autres — même des espèces comprenant très peu d'atomes — peuvent être très complexes et impliquer un grand nombre de raies, ce qui les rend bien plus difficiles à caractériser. Les interactions entre les noyaux atomiques et les électrons sont parfois à l'origine de la structure hyperfine des raies spectrales. L'existence d'isotopologues, c'est-à-dire d'espèces chimiques qui ne se différencient que par la présence d'un isotope de l'un de leurs atomes, complique encore davantage l'identification des spectres par déplacement isotopique.

vignette|Aperçu du TMC-1, où divers polyynes et cyanopolyynes ont été observés.

La détection d'une nouvelle espèce circumstellaire ou interstellaire passe par l'identification d'un objet astronomique où elle est susceptible d'être présente, puis par son observation à l'aide d'un télescope équipé d'un spectrographe fonctionnant à la longueur d'onde requise avec la résolution spectrale et la sensibilité nécessaires. La première espèce chimique détectée dans le milieu interstellaire est le radical CH (méthylidyne), détecté en 1937 grâce à sa forte transition électronique à ., dans le spectre visible. Le répertoire des espèces chimiques détectées dans l'espace est biaisé en faveur de certaines formes plus faciles à détecter, la radioastronomie étant par exemple plus sensible aux espèces linéaires ayant un moment dipolaire élevé. Le cyanoacétylène a ainsi été détecté dès à l'aide du radiotélescope de du NRAO, tandis que des cyanopolyynes étaient identifiés pour dans le nuage moléculaire 1 du Taureau (TMC-1) au cours des années 1970.

vignette|Nébuleuse de la Patte de Chat (), dans la constellation du Scorpion, montrant en vert des régions fluorescentes sous l'effet d'HAP.. vignette|Nébuleuse du Rectangle rouge, protonébuleuse planétaire connue pour être riche en HAP..

La molécule la plus abondante de l'univers, l'hydrogène moléculaire , est complètement invisible aux radiotélescopes car elle n'a aucun moment dipolaire ; ses transitions électroniques sont trop énergétiques pour les télescopes optiques, de sorte que sa détection nécessite de recourir aux observations ultraviolettes, par exemple par fusée-sonde. Les raies de vibration ne sont généralement pas spécifiques d'une molécule donnée, ce qui ne permet d'identifier qu'une classe de molécules. On sait ainsi que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont abondants dans l'espace. en raison de leurs raies de vibration, qui sont largement observées dans l'infrarouge, mais il n'est pas possible d'identifier précisément de quelles molécules il s'agit. On suspecte ainsi fortement la présence d'anthracène et de pyrène, parmi bien d'autres HAP, dans la nébuleuse du Rectangle rouge, située dans la constellation de la Licorne.

vignette|L'étoile carbonée CW Leonis est entourée d'enveloppes contenant de nombreuses espèces chimiques James B. Kaler, The hundred greatest stars, Copernicus Series, Springer, 2002. .

Les molécules interstellaires sont formées par des réactions chimiques dans les nuages interstellaires de gaz et poussières interstellaires et circumstellaires. Généralement, ceci se produit lorsqu'une molécule est ionisée, souvent à la suite d'une interaction avec des rayons cosmiques. L'ion, électriquement chargé, attire un réactif proche par interaction électrostatique. Les molécules peuvent également être générées par réactions entre atomes neutres et molécules, mais ce processus est souvent plus lent. Les grains de poussière jouent un rôle important en protégeant les molécules des effets ionisants des rayons ultraviolets émis par les étoiles Laurie M. Brown, Abraham Pais et A. B. Pippard, The physics of the interstellar medium, Twentieth Century Physics (), CRC Press, 1995, . .

Sagittarius B2 est une région fréquemment ciblée par les observations. Ce nuage moléculaire de très grande taille est situé près du centre de la Voie lactée. Près de la moitié des molécules citées ci-dessous ont été détectées pour la première fois à proximité de , et presque toutes les autres y ont ensuite été détectées. L'étoile carbonée CW Leonis, également appelée IRC +10216, est riche en espèces chimiques circumstellaires et a permis à elle seule d'en observer une cinquantaine. Il n'y a pas de limite claire entre espèces interstellaires et circumstellaires, de sorte que les deux types sont listés dans les tables ci-dessous.

L'astrochimie cherche notamment à comprendre comment se forment ces espèces chimiques et à expliquer leurs abondances relatives. La densité extrêmement faible du milieu interstellaire ne favorise pas la formation de telles espèces car elle rend les réactions en phase gazeuse entre espèces électriquement neutres (atomes ou molécules) particulièrement inefficaces. Ces régions ont de plus une température généralement très basse, typiquement de l'ordre de au sein d'un nuage moléculaire, ce qui réduit encore davantage les vitesses de réaction, tandis que les rayonnements ultraviolets tendent à détruire les molécules par photochimie. Expliquer les abondances relatives des espèces chimiques dans l'espace nécessite de calculer l'équilibre entre la formation et la destruction de ces espèces à l'aide de la chimie ionique en phase gazeuse, souvent guidée par les rayons cosmiques, de la science des surfaces sur les possières cosmiques, des transferts radiatifs parmi lesquels l'extinction interstellaire, ainsi que des réseaux de réactions chimiques complexes.

Espèces chimiques

Les tables suivantes listent les espèces détectées dans le milieu interstellaire ou circumstellaire, groupées par nombre d'atomes constituants. Si aucune entrée n'est donnée dans la colonne « molécule », seule la forme ionisée a été détectée. Si aucune désignation n'a été donnée dans la littérature scientifique, le champ « Espèce chimique » est laissé vide.

Espèces diatomiques (43)

vignette|Le monoxyde de carbone est fréquemment utilisé pour déterminer la distribution de masse dans les nuages interstellaires..

Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse Dihydrogène — 2 Hydrure d'hélium (hélonium) — HeH 5 Méthylidyne CH CH 13 Monohydrure d'azote HN — 15 Hydroxyle HO OH. 17 Fluorure d'hydrogène HF — 20 Carbone diatomique — 24 Monohydrure de magnésium — MgH 25,3 Cyanogène CN CN, CN 26 Diazote . — 28 Monoxyde de carbone CO CO+ 28 Monoxyde d'azote NO NO Michael A. Dopita et Ralph S. Sutherland, Astrophysics of the diffuse universe, Springer-Verlag, 2003, 30 Fluorométhylidynium — CF 31 Dioxygène — 32 Hydrure de soufre SH SH 33 Chlorure d'hydrogène HCl HCl 36,5 Hydrure d'argon (argonium) — ArH 37 Carbure de silicium SiC — 40 Mononitrure de silicium SiN — 42 Monophosphure de carbone CP — 43 Oxyde d'aluminium(II) AlO — 43 Monosulfure de carbone CS — 44 Monoxyde de silicium SiO — 44 Nitrure de phosphore PN — 45 Monofluorure d'aluminium AlF — 46 Mononitrure de monosoufre SN — 46 Monoxyde de phosphore PO — 47 Monoxyde de soufre SO SO 48 Chlorure de sodium NaCl — 58,5 Monosulfure de silicium SiS — 60 Monochlorure d'aluminium AlCl — 62,5 Oxyde de titane(II) TiO — 63,9 Chlorure de potassium KCl — 75,5 Oxyde de fer(II) FeO — 82

Espèces triatomiques (44)

vignette|Le cation est l'un des ions les plus abondants de l'Univers. Il a été détecté en 1993.

Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse Trihydrogène — 3 Méthylène — 14 Radical amine — 16 Eau . 18 Radical éthynyle — 25 Cyanure d'hydrogène HCN — 27 Isocyanure d'hydrogène HNC — 27 Radical formyle HCO HCO+ 29 Diazénylium — 29 Isoformyle — HOC+ 29 Nitroxyle HNO — 31 Hydroperoxyle — 33 Sulfure d'hydrogène — 34 Tricarbone — 36 Chloronium — 37,5 Cyanométhylidyne CCN — 38 Monoxyde de dicarbone — 40 Hydroxyde de sodium NaOH — 40 Hydroxyde d'aluminium AlOH — 44 Dioxyde de carbone — 44 Phosphaéthyne HCP — 44 Protoxyde d'azote — 44 Thioformyle HCS HCS 45 Isothioformyle HSC — 45 Ozone — 48 Cyanure de sodium NaCN — 49 Cyanure de magnésium MgCN — 50 Isocyanure de magnésium MgNC — 50 c-dicarbure de silicium c- — 52 Isocyanure d'aluminium AlNC — 53 Carbonitrure de silicium SiCN — 54 — SiNC — 54 — — 55 Thioxoéthénylidène — 56 Oxysulfure de carbone OCS — 60 Dioxyde de soufre — 64 Cyanure de potassium KCN — 65 Carbure de disilicium SiCSi — 68 Dioxyde de titane — 79,9 Cyanure de fer FeCN — 82 Isocyanure de calcium CaNC — 92

Espèces à quatre atomes (33)

vignette|Cation méthylium , détecté en 2023 par le JWST dans un disque protoplanétaire du nuage d'Orion..

vignette|Réactions principales du cation hydronium dans le milieu interstellaire..

vignette|Formaldéhyde, composé organique largement distribué dans le milieu interstellaire.

Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse Méthyle et cation méthylium 15 Ammoniac — 17 Hydronium — 19 Acétylène — 26 Cyanure d'hydrogène protoné — HCNH 28 Aminocarbyne . — 28 Méthylène amidogène 28 Formaldéhyde — 30 Peroxyde d'hydrogène HOOH — 34 Phosphine — 34 Propynylidyne l- l- 37 Cyclopropynylidyne c- — 37 Cyanocarbène HCCN — 39 Cétényle HCCO — 41 Radical cyanomidyle HNCN. — 41 Acide cyanique HOCN — 43 Acide fulminique HCNO — 43 Acide isocyanique HNCO — 43 Dioxyde de carbone protoné — HOCO 45 Thioformaldéhyde — 46 Acide nitreux — 47 Cyanoéthynyle 50 Isocyanure d'hydromagnésium HMgNC — 51,3 Isocyanogène CNCN — 52 Monoxyde de tricarbone — 52 Acide isothiocyanique HNCS — 59 Acide thiocyanique HSCN — 59 Tricarbure de silicium rhombique c-. — 64 Sulfure de tricarbone — 68

Espèces à cinq atomes (22)

vignette|Le méthane a également été détecté sur des comètes et dans l'atmosphère de plusieurs planètes du système solaire.

Espèce chimique Molécule ou radical Ion Masse Méthane — 16 Ammonium — 18 Méthanimine — 29 Formaldéhyde protoné — 31 Radical méthoxy — 31 Silane — 32 Hydroxylamine — 33 Cyclopropénylidène c-. — 38 Propadiénylidène l- — 38 Cyanométhyle — 40 Cétène — 42 Cyanamide hydrogène , HNCNH — 42 Acide formique HCOOH — 46 Butadiynyle 49 Cyanoacétylène — 51 Isocyanoacétylène HCC-NC — 51 Cyanogène protoné — NCCNH 53 Cyanoformaldéhyde HC(O)CN — 55 linéaire — 60 Cluster de carbure de silicium — 92

Espèces à six atomes (18)

vignette|Dans le milieu interstellaire, le formamide (ci-dessus) peut se combiner avec du méthylène pour former de l'acétamide.