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 23 avril 2021, 14h00
Visioconférence, VIDEO
A stellar graveyard in the core of a globular cluster
Gary MAMON
IAP
résumé :
The ubiquity of supermassive black holes in massive galaxies suggests the existence of intermediate-mass ones (IMBHs) in smaller systems. However, IMBHs are at best rare in dwarf galaxies and not convincingly seen in globular clusters. We embarked on a search for such an IMBH in a very nearby core-collapsed globular cluster, NGC 7397. For this we ran extensive mass-orbit modeling with our Bayesian MAMPOSSt-PM code that fits mass and velocity anisotropy models to the distribution of observed tracers in 4D projected phase space. We used a combination of proper motions from HST and Gaia, supplemented with redshifts from MUSE. We found very strong Bayesian evidence for an excess of unseen mass in the core of the cluster amounting to 1 to 2% of the cluster mass. But surprisingly, we found rather strong evidence that this excess mass is not point-like but has a size of roughly 3% of that of the cluster. Our conclusion is robust to our adopted surface density profile and on our modeling of the velocity anisotropy, as the data suggest isotropic orbits throughout the cluster. It is also robust to our use of one or two classes of Main Sequence stars (given the mass segregation in collisional systems such as clusters), as well as on our filtering for quality data. The expected mass segregation suggests that the excess mass is made of objects heavier than Main Sequence stars: white dwarfs, neutron stars and possibly stellar black holes, all of which lost their orbital energy by dynamical friction to end up in the cluster core. I will discuss the evidence for and against the possibility that most of the unseen mass in the center is in the form of such black holes, as well as the consequences of this intriguing possibility.
 
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