Dans les nuages interstellaires sombres, où naissent de nouvelles étoiles, la chimie commence avec une particule minuscule : l'ion trihydrogène (H₃⁺). Il entre en collision avec d'autres atomes et déclenche une cascade de réactions qui construisent des molécules de plus en plus complexes. Pendant longtemps, on a pensé que la principale réaction de sa formation, la collision de H₂⁺ avec H₂, ne se produisait qu'en phase gazeuse. Personne n'avait vérifié si elle pouvait avoir lieu directement à la surface des grains de poussière cosmique.
Un groupe de chercheurs a pris des nanoparticules de silice recouvertes d'eau et les a bombardées avec des impulsions de rayons X puissants d'une énergie de 1,88 keV. Ils ont utilisé simultanément trois méthodes : l'imagerie de vitesse des ions, la spectroscopie de temps de vol des électrons et la diffraction sur des particules individuelles. Grâce à cela, ils ont pu observer la chimie sur chaque grain de sable individuellement. Il s'est avéré que l'impulsion de rayons X crée à la surface un champ électrique d'une force prodigieuse, de l'ordre du volt par nanomètre. Pour comparaison : si un tel champ agissait sur une distance d'un millimètre, la différence de potentiel serait d'un million de volts.
Grâce à des calculs quantiques, les scientifiques ont retracé tout le chemin du transfert de charge. Le mécanisme s'est avéré étonnamment familier : il reproduit exactement la courbure des bandes d'énergie dans les photoélectrodes semi-conductrices. Ainsi, la chimie cosmique sur les grains de poussière et la catalyse terrestre sur les surfaces se rejoignent dans une même image. Il est désormais clair que le champ à la surface est un chef d'orchestre universel, contrôlant la naissance des premières molécules tant dans le milieu interstellaire que dans nos laboratoires.
L'ion H₃⁺ est la particule moléculaire la plus abondante de l'Univers après H₂, mais sur Terre, dans des conditions naturelles, il est presque introuvable en raison de sa grande réactivité.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, le signal extraterrestre commence par des nombres premiers, mais en réalité, le premier « bonjour » de mondes lointains pourrait bien être les raies spectrales de H₃⁺ dans les atmosphères des exoplanètes.