LERMA UMR8112

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



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Excitation collisionelle et Réactivité des molécules interstellaires

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

Membres

F. Dayou (MCF), C. Balança (MCF), A. Spielfiedel (CR CNRS), L. Tchang-Brillet (Prof.), N. Feautrier (Chercheuse bénévole), I. Oueslati (doctorant)

Contexte

Les informations sur les conditions physiques et la composition chimique des environnements astrophysiques sont déduites de l’observation de la lumière issue de ces milieux, par la modélisation des profils (formes et intensités) des raies spectrales atomiques et moléculaires. Afin d’obtenir un diagnostic fiable, il est essentiel de décrire avec précision les principaux mécanismes de peuplement des états quantiques des atomes et molécules, tels que l’excitation radiative (par photons IR ou UV) et les collisions inélastiques (avec H, He, H2 et les électrons). La confrontation des abondances moléculaires observées avec celles prédites par les modèles de chimie permet ensuite de retracer l’évolution de la matière, et identifier ainsi les mécanismes à l’origine de la synthèse des molécules. Dans ce cas, des informations détaillées sur un grand nombre de réactions, chimiques et photo-induites, en phase gaz ou à la surface des grains, sont indispensables à une modélisation fiable des milieux astrophysiques.

Activités de recherche


Les travaux réalisés au sein de notre équipe ont pour objectif d’étudier les propriétés fondamentales des atomes et molécules par le développement d’approches théoriques et la mise en oeuvre de simulations numériques. Plus particulièrement, il s’agit de déterminer comment les atomes et molécules interagissent avec leur environnement, qu’il s’agisse de lumière, d’autres espèces isolées, ou de matériaux solides. Les propriétés (structurales, énergétiques et électriques) des systèmes en interaction sont déterminées par des méthodes de chimie quantique. A partir des propriétés calculées, les grandeurs nécessaires aux modélisations astrophysiques sont ensuite obtenues en simulant la dynamique du processus étudié, à l’aide d’approches classique (méthode des trajectoires quasi-classiques) ou quantiques (méthodes dépendante et indépendante du temps) de la dynamique. Les simulations de ces processus fournissent également de précieuses informations sur les mécanismes microscopiques mis en jeu.


Différents processus sont actuellement étudiés suivant cette méthodologie dans notre équipe, telle que l’excitation ro-vibrationnelle de petites molécules (neutres ou ionisées) par collision avec H2, mécanisme d’excitation collisionnelle dominant dans les milieux interstellaires et circumstellaires. Des travaux similaires concernent l’excitation électronique d’atomes (neutres ou ionisés) par collision avec H, processus d’intérêt pour l’étude des atmosphères stellaires. Nous nous intéressons également à la réactivité en phase gaz, notamment aux réactions chimiques entre radicaux neutres, efficaces même aux très basses températures rencontrées dans les nuages denses du milieu interstellaire, ainsi qu’à la photodissociation de petites molécules, jouant un rôle important dans la chimie des milieux soumis au rayonnement UV. Enfin, les réactions hétérogènes à l’interface gaz-grains sont étudiées, en considérant des agrégats moléculaires de tailles variées comme modèles de la surface des grains interstellaires.

Thèmes développés & collaborations

  • Ro-vibrational excitation of molecules by collisions IPAG (Grenoble), LOMC (Univ. Le Havre), LSAMA (Univ. Tunis), CAB. INTA (CSIC, Madrid, Spain), IEM (CSIC, Madrid, Spain), IFF (CSIC, Madrid, Spain), CIQ (Univ. Morelos, Cuernavaca, Mexico)
  • Electronic excitation of atomic species by collisions LMSME (Univ. Marne-la-Vallée), Herzen Univ. (St Petersburg, Russia), Uppsala Univ. (Uppsala, Sweden)
  • Gas-phase chemical and photo-induced reactions PhLAM (Univ. Lille 1), ISM (Univ. Bordeaux), IPR (Univ. Rennes 1), ICB (Univ. Dijon), INSTEC (La Havana, Cuba), IFF (CSIC, Madrid, Spain), QFA (Univ. Autonoma, Madrid, Spain)
  • Formation mechanisms of small molecules on silicate dust grains LPMC (Univ. Tunis)

Financements

Programme National du CNRS "Physique et Chimie du Milieu Interstellaire" (PCMI)
Programme National du CNRS "Physique Stellaire" (PNPS)
Action spécifique GAIA (AS GAIA)

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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