LERMA UMR8112

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



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Réactivité sur les surfaces froides

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

Membres

Francois Dulieu (Prof – Responsable scientifique), Saoud Baouche (Ingénieur), Henda Chaabouni (MCF), Vincent Cobut (MCF), Emanule Congiu (MCF), Stéphane Diana (Ingénieur) , Francois Lachèvre (Technicien), Henri Lemaître (Doctorant), Audrey Moudens (MCF), Thanh Nguyen (Doctorante).

Contexte : Comment se forment les molécules sur les surfaces froides ?

Les molécules de notre quotidien telles que l’eau ou le gaz carbonique, ont existé bien avant la naissance de la Terre. Les observations radio-astronomiques sont capable de retracer cette préhistoire chimique, surtout si les molécules sont dans la phase gazeuse. Mais c’est en phase solide que les molécules complexes sont vraisemblablement synthétisées, et sont alors très difficilement observables. C’est pourquoi, l’astrophysique de laboratoire doit explorer la synthèse des molécules sur les surfaces froides, et ainsi apporter les réponses nécessaires concernant cet aspect fondamental caché aux nouvelles observations. A cette fin nous construisons des dispositifs expérimentaux spécifiques dédiées à cette thématique.

L’équipe Réactivité sur des surfaces froides est une équipe de physique expérimentale hébergée par l’Université de Cergy Pontoise, qui s’intéresse à l’évolution des atomes et des molécules sur des surfaces d’intérêt astrophysique. Elle étudie en particuliers la réactivité des atomes et molécules mais aussi tous les processus qui lui sont associés, tels que le collage, la diffusion et la désorption.
L’équipe utilise des jet atomiques et moléculaires qu’elle fait interagir avec des surfaces (graphite, silicates, glace…) qui peuvent être refroidies à très basse température (> 6 K) afin de se placer dans les conditions extrêmes du milieu interstellaire.

Dispositifs expérimentaux

L’équipe dispose de deux dispositifs instrumentaux complémentaires pour mener ses études.

  • FORMOLISM – Développée depuis 2001.


UHV
2 jets atomiques et moléculaires (H, N, O, CO, NO, H2CO...), en projet source de nanograins (Coronène).
Surfaces : un échantillon amovible (graphite, or ou silicate) et un dispositif direct de croissance contrôlée de glace (amorphe, poreuse, cristalline…).
Gamme de température de surface 6-300K, en projet 10-800K.
Détection par spectrométrie de Masse (4 modes) : Composition des jets, détection directe pendant exposition, désorption programmée en température, énergie interne des atomes ou molécules.
Spectroscopie Infrarouge d’Absorption en incidence rasante.
Détection laser (REMPI 2+1) couplée à un temps de vol.

  • VENUS – Développée depuis 2011

Jusqu’à 5 jet atomiques (2 actuellement)
Surfaces : Porte échantillon rotatif avec 3 surfaces.
Gamme de température (10-300K)
Détection par spectrométrie de Masse (4 modes) : Composition des jets, détection directe pendant exposition, désorption programmée en température, énergie interne des atomes ou molécules.
Spectroscopie Infrarouge d’Absorption par Réflexion en incidence rasante.

Etudes récentes

  • Synthèses des molécules : H2O (Chaabouni et al 2012), NH2OH (Congiu et al 2012), Oxydes d’azotes (Minissale et al 2013, 2014), CO2 (Noble et al 2011, Minissale et al 2012,2014)…
  • Diffusion et désorption de l’oxygène à basse température : La diffusion des atomes O est plus rapide qu’attendue à basse température (< 10 K) (Minissale et al 2013, 2014, Congiu et al 2014), mais son énergie de désorption est plus élevée qu’on l’estimait précédemment (Minissale et al submitted).

  • Désorption chimique : Démonstration expérimentale (Dulieu et al 2013, Minissale & Dulieu 2014). Une étape importante pour faire le lien entre la chimie sur les grains et les observations en phase gazeuse
  • Désorption thermique : Importance de la surface et du faible taux de couverture dans l’étude la désorption thermique (Noble et al 2012a,b).
  • Morphologie de la glace : lors de la synthèse et sous l’action des réactions de formation de H2 la glace devient amorphe et compacte : (Accolla et al 2012, 2013)

Séminaires à venir

Vendredi 22 mars 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
New Planckian quantum phase of the Universe before Inflation: Its present day and Dark Energy implications
Sanchez, Norma
LERMA
résumé :
The physical history of the Universe is completed by including the quantum planckian and super-planckian phase before Inflation in the Standard Model of the Universe in agreement with observations. In the absence of a complete quantum theory of gravity, we start from quantum physics and its foundational milestone: the universal classical-quantum (or wave-particle) duality, which we extend to gravity and the Planck domain. A new quantum precursor phase of the Universe appears beyond the Planck scale. Relevant cosmological examples as the Cosmic Microwave Background, Inflation and Dark Energy have their precursors in this era. A whole unifying picture for the Universe epochs and their quantum precursors emerges with the cosmological constant as the vacuum energy, entropy and temperature of the Universe, clarifying the so called cosmological constant problem which once more in its rich history needed to be revised. The consequences for the deep universe surveys, and missions like Euclid will be outlined.
 
Vendredi 5 avril 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
The magnetized interstellar medium in the Galaxy through Faraday tomography of the radio sky
Andrea BRACCO
ENS
résumé :
The study of the diffuse Galactic interstellar medium (ISM) is both a
waypoint to investigate the processes that turn gas into stars and to
account for foreground contaminations in modern high-precision
cosmological probes of the Universe.

New structures in the diffuse ionized and magnetized ISM have been
recently observed through Faraday tomography of polarization data at low
radio frequencies. Although the physical origin of these structures
remains uncertain, interesting correlations with tracers of neutral ISM,
such as atomic hydrogen lines and interstellar dust polarization, have
been found. This opens an observational window on the first stages of
phase transition between diffuse/warm and denser/colder gas under the
presence of magnetic fields, allowing us to constrain their role in
structure formation in the ISM.

In my talk I will present an overview of the recent findings in the
diffuse Galactic ISM with the LOFAR radio polarization data. I will
highlight the relevance of a thorough statistical description of these
data both for Galactic studies and for modeling their impact as a
foreground to the detection of the atomic hydrogen 21cm hyperfine
transition from the Epoch of Reionization, a key step with the upcoming
Square Kilometre Array (SKA).
 
Vendredi 12 avril 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Radiation magnetohydrodynamic models and spectral signatures of plasma flows accreting onto young stellar object
Salvatore COLOMBO
LERMA
résumé :
According to the largely accepted magnetospheric accretion scenario, classical T Tauri Stars (CTTSs) are young stars that accrete material from their circumstellar disk. The objective of my PhD project is to shed light on the processes governing the physics of the accreting plasma flows, through complete radiation magnetohydrodynamic models. In this talk, I will present the results obtained during my 18 month period in Paris.

First, I will focus on the results obtained from a 3D magnetohydrodynamical (MHD) model of a star-disk system. We simulate the effects of series of flares occurring on the surface of the disk. We observe that each flare produces a hot loops that links the star to the disk; all the loops build up a hot extended corona that irradiates the disk from above. Moreover, the flares trigger overpressure waves that travel through the disk and modify its configuration. Accretion funnels may be triggered by the flaring activity and thus contribute to the mass accretion rate of the star. The accretion columns can be perturbed by the flares. As a result, the streams are highly inhomogeneous, with a complex density structure, and clumped.

Second, I will provide the first assessment of the role of radiation effects on the dynamics and the structure of the impact region of the accreting column onto the stellar surface. In particular, we proved the existence of a radiative precursor in the pre-shock part of the accreting column. To achieve such a result, we have, for the first time, developed a Non Local Thermodynamic Equilibrium (non-LTE) radiation hydrodynamics model, which we implemented in the 3D MHD PLUTO code.”

 
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