Excitation collisionelle et Réactivité des molécules interstellaires

Membres

F. Dayou (MCF), C. Balança (MCF), L. Tchang-Brillet (Prof. émérite), N. Feautrier (Chercheuse bénévole), B. Kerkeni (Prof. affiliée)

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)