LERMA UMR8112

Laboratoire d’Études du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères



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Spin, Photons et glaces

par Jean-Hugues Fillion - publié le , mis à jour le

Composition de l’équipe

Xavier Michaut (MCF – Responsable d’équipe), Jean-Hugues Fillion (Prof.), Mathieu Bertin (MCF), Géraldine Féraud (MCF), Laurent Philippe (MCF), Pascal Jeseck (Ingénieur de recherche), Thomas Putaud (Doctorant), Rémi Dupuy (Doctorant)

Contexte

L’univers froid possède une grande richesse moléculaire, des plus simples espèces comme H2, H2O ou CO jusqu’à des espèces organiques de complexité croissante (alcools, aldéhydes, acides carboxyliques…), dont l’avènement des nouveaux radiotélescopes, spatiaux ou terrestres, permet la détection de plus en plus précise dans les régions de formation d’étoile et de planètes. La sensibilité croissante de ces instruments permet également la mesure des états quantiques rotationnels de ces molécules, et en particulier leur état de spin nucléaire (isomérie de spin nucléaire), un paramètre pouvant retracer l’histoire thermique des molécules observées.
Dans ces zones, la température ambiante ( 10-100 K) fait que la majorité des molécules complexes se forment ou condensent à la surface de grains de poussière, formant un manteau glacé qui en constitue le réservoir principal. Ce sont ces glaces qui, lors de leur sublimation, enrichissent la phase gaz et contrôlent ainsi sa constitution chimique, tout en influant sur les propriétés intrinsèques des molécules qui sont détectées. Les phénomènes de désorption et d’échange entre les phases solide et gaz sont donc une étape clef dans la compréhension des observations des molécules dans les zones froides du milieu interstellaire.

L’équipe

L’équipe « Spin Processes & ICE » est une équipe de physique expérimentale, qui s’intéresse aux phénomènes d’adsorption et de désorption des molécules d’intérêt astrophysique, et à l’influence de ces processus sur l’état quantique des molécules, en particulier leur état de spin nucléaire. Les expériences réalisées par le groupe visent à simuler en laboratoire ces processus et à comprendre ces phénomènes de façon quantitative, et à l’échelle microscopique. Pour cela, l’équipe fait appel à des méthodes de spectroscopie (de masse, infrarouge à moyenne et très haute résolution, et spectroscopie laser), et aux techniques de vide et ultravide et de cryogénie afin de se placer dans les conditions extrêmes du milieu interstellaire.
L’équipe dispose de deux dispositifs instrumentaux complémentaires pour mener ses études. Le dispositif SPICES est un montage sous ultravide (pression 10-10 Torr), dans lequel sont étudiés les glaces et les phénomènes d’adsorption et de désorption, thermique ou photo-induite. SPICES est conçue pour s’adapter à plusieurs types de sources de rayonnement pour la spectroscopie ou pour simuler le rayonnement interstellaire : des sources laser allant de l’infrarouge à l’UV du vide, disponibles au laboratoire, ou encore le rayonnement synchrotron (ligne DESIRS du synchrotron SOLEIL) où une partie des expériences est menée. Le dispositif CoSpiNu est quant à lui adapté pour l’étude des petites molécules d’intérêt astrophysique, en phase gaz, à l’interface solide-gaz ou en matrice de gaz rare à très basse température. Le dispositif est relié à un spectromètre infrarouge, sous vide et à très haute résolution, qui permet la détection de très petites quantités de gaz, et la détermination leur état de spin nucléaire.

Thématiques développées

  • L’adsorption et la désorption thermique d’atomes et de molécules à partir de surfaces d’intérêt astrophysique – Dispositif SPICES, thèse Mikhaïl Doronin, collaboration Y. Ellinger, A. Markovitz, F. Pauzat (LCT - Paris).
  • UV Photo-induced desorption : quantification and molecular mechanisms – SPICES setup, collaborations with H. Linnartz (Leiden Observatory - NL), K. Öberg (Harvard Smithsonian - USA), V. Baglin (CERN - CHE). Experiments realized partly at the SOLEIL synchrotron (France).
  • Conversion de spin nucléaire en matrice de gaz rare et à l’équilibre solide-gaz –Dispositif CoSpiNu, collaborations C. Pardaneau, S. Coussan, C. Martin (PIIM – Marseille), P. Cacciani, M. Khelkhal et J. Cosleou (PhLAM – Lilles), P. Ayotte, P-A Turgeon, J. Vermette (Université de Sherbrook, Canada).
  • Influence de la désorption sur les états quantiques et spin nucléaire des molécules – dispositifs SPICES et CoSpiNu.


Contrats et sources de financement
 : ANR Gasospin (ANR-09-BLAN-0066-01), Programme National du CNRS « Physique et Chimie du Milieu Interstellaire » (PCMI), Plateforme de l’Université Pierre et Marie Curie « Astrolab », Labex de l’Université Pierre et Marie Curie « MiChem », soutient de la région Ile-de-France DIM-ACAV (astrophysique et conditions d’apparition de la vie).

Séminaires à venir

Vendredi 21 décembre 2018, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Astrochemistry in star forming regions : new modeling approaches
Emeric BRON
LERMA
résumé :
Star-forming regions present rich infrared and millimeter spectra emitted by the gas exposed to the feedback of young stars. This emission is increasingly used to study the star formation cycle in other galaxies, but results from a complex interplay of physical and chemical processes : chemistry in the gas and on grain surfaces, (de)excitation processes of the atoms and molecules, heating and cooling balance,... Its understanding thus requires detailed astrochemical models that include the couplings between these processes. In this talk, I will present several examples where new modeling approaches of specific processes and their couplings proved crucial to solve persistent observational riddles : from the driving role of UV irradiation in the dynamics of photodissociation regions (PDR) to the efficient reformation of molecular hydrogen in these regions.
 
Mardi 15 janvier 2019, 11h00
Salle de l'atelier, Paris
ATTENTION jour ET heure inhabituels
Thresholds for Globular Cluster Formation and their Dominance of Star Formation in the Early-Universe
Bruce ELMEGREEN
IBM Research Division
résumé :
Young massive clusters (YMCs) are usually accompanied by lower-mass clusters and unbound stars with a total mass equal to several tens times the mass of the YMC. If this was also true when globular clusters (GCs) formed, then their cosmic density implies that most star formation before redshift ~2 made a GC that lasted until today. Star-forming regions had to change after this time for the modern universe to be making very few YMCs. Here we consider the conditions needed for the formation of a ~10^6 Msun cluster. These include a star formation rate inside each independent region that exceeds ~1 Msun/yr to sample the cluster mass function up to such a high mass, and a star formation rate per unit area of Sigma_SFR ~ 1 Msun/kpc^2/yr to get the required high gas surface density from the Kennicutt-Schmidt relation, and therefore the required high pressure from the weight of the gas. High pressures are implied by the virial theorem at cluster densities. The ratio of these two quantities gives the area of a GC-forming region, ~1 kpc^2, and the young stellar mass converted to a cloud mass gives the typical gas surface density of 500-1000 Msun/pc^2. Observations of star-forming clumps in young galaxies are consistent with these numbers, suggesting they formed today's GCs. Observations of the cluster cut-off mass in local galaxies agree with the maximum mass calculated from Sigma_SFR. Metal-poor stellar populations in local dwarf irregular galaxies confirm the dominant role of GC formation in building their young disks.
 
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