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 « Spins, Photons and Ices » 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 19 juillet 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Magnetic fields in Young Protostellar Disks and Jets, and some Astro-chemistry
Chin Fei Lee
ASIAA, Taiwan
résumé :
Magnetic fields in Young Protostellar Disks and Jets, and some Astro-chemistry
Chin Fei Lee, ASIAA Taiwan

I will present our recent ALMA observations towards 3 young protostellar
systems, reporting the possible field morphology in their disks and jets.
In particular, I will report the field morphology implied from the dust
polarizations and SiO line polarizations, and discuss the possible toroidal
and poloidal fields in the disks and jets. I will also discuss the
formation process and the growth of the protostellar disks, and the possible
magnetic braking that reduces the angular momentum in the envelope.
Interestingly, more than 10 organic molecules including prebiotic molecules
are detected in the atmosphere of one of the disks. I will compare their
abundances to those in the hot corinos around low-mass protostars and touch
on the possible formation mechanism of those molecules. Some of the
molecules seem to be formed on CO icy grains and some in the gas phase.
 
Vendredi 20 septembre 2019, 14h00
Atelier, Paris
Challenging a Newtonian prediction through Gaia wide binaries
Xavier HERNANDEZ
UNAM, Mexico
résumé :
Under Newtonian dynamics, the relative motion of the components of a binary star should follow a Keplerian scaling with separation. Once orientation effects and a distribution of ellipticities are accounted for, dynamical evolution can be modelled to include the effects of Galactic tides and stellar mass perturbers. This furnishes a prediction for the relative velocity between the components of a binary and their projected separation. After reviewing recent work evidencing the existence of a critical acceleration scale in Elliptical Galaxies and Globular Clusters, I will show new results showing such a phenomenology in Gaia wide binaries using the latest and most accurate astrometry available. The results are consistent with the Newtonian prediction for projected separations below 7000 AU, but inconsistent with it at larger separations, where accelerations are expected to be lower than the critical a0 value of MONDian gravity. This result challenges Newtonian gravity at low accelerations and shows clearly the appearance of gravitational anomalies of the type usually attributed to dark matter at galactic scales, now at much smaller stellar scales.


 
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