LERMA UMR8112

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



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Systèmes de van der Waals pour l’Astrophysique et la Planétologie

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

Equipe

M.L. Dubernet (Astronome, Observatoire de Paris), C. Boursier (50%, MCF UPMC), E. Quintas-Sanchez (Post-Doc 2015-2016, Observatoire de Paris), P. Tuckey (Syrte, Astronome, Observatoire de Paris), C. M. Zwölf* (IR BAP E, Observatoire de Paris), N. Moreau* (IE BAP E, Observatoire de Paris), Y.A. Ba* (IE BAP E, Observatoire de Paris)
* sur les bases de donnée et VAMDC

Activités de recherche

L’étude de la dynamique des systèmes de van der Waals permet de calculer des quantités intéressantes pour l’étude du milieu interstellaire, des atmosphères planétaires du système solaire, des exo-planètes et des comètes.
On entend par système de van der Waals les systèmes non-réactifs formés de couple atome-molécule ou de molécule-molécule, la prise en compte de systèmes à 3 corps n’étant pas nécessaire pour les applications astrophysiques ci-dessus.

Potential energy surface of HCS+ - He (M.-L. Dubernet, P. Tuckey, E. Sanchez-Quintas, submitted to JCP 2015)

Nos activités théoriques regroupent ainsi

  • la détermination de surface d’énergie potentielle par des méthodes ab-initio de chimie quantique.
  • le calcul des états liés des systèmes de van der Waals, la comparaison entre les prévisions théoriques et des résultats expérimentaux permettant de tester les surfaces d’énergie potentielle
  • la détermination des constantes de vitesse d’excitation collisionnelle de molécules neutres ou ioniques par des atomes ou des molécules. Ces calculs utilisent les surfaces d’énergie potentielle et s’effectuent par résolution de l’équation de Schrödinger indépendante du temps ou par des méthodes semi-classiques ou quasi-classiques
  • la détermination des élargissements et déplacements de raies moléculaires provoqués par les collisions avec les perturbateurs du milieu en utilisant des méthodes quantiques et semi-classiques

Nos expertises incluent également une expertise expérimentale sur la relaxation collisionnelle de molécules, la mise à disposition de données d’excitation collisionnelle dans la base BASECOL et l’accès interopérable à de nombreuses bases de données à travers le "VAMDC Consortium" que nous dirigeons actuellement. Les activités de bases de données et de VAMDC correspondent aux activités de tâche de service du Service d’Observation SO5 du CNRS-INSU-AA.

"Rotational excitation of 45 levels of ortho/para—H2O by excited ortho/para—H2 from 5K to 1500K : state-to-state, effective and thermalized rate coefficients (F. Daniel, M.L. Dubernet, A. Grosjean, A.&A., 2011, 536 p A76+"
State-to-state cross-sections in _A2 as a function of relative kinetic energy (in cm-1) for the para-H2O transitions : from level 4(211) to 1(000) (1a), to 2(111) (1b), to 3(202) (1c) ; from level 7(322) to 1(000) (2a), to 2(111) (2b), to 4(211) ; and from level 16(440) to 2(111) (3a), to 10(331) (3b), to 14(524) (3c), with the following para-H2 transitions : j2 = 0 -> j’2 = 0 (black), j2 = 0 -> j’2 = 2 (red), j2 = 2 -> j’2 = 0 (green) and j2 = 2 -> j’2 = 2 (blue)

Collaborations scientifiques

Nos activités s’effectuent dans le cadre de collaborations avec des collègues travaillant en astrophysique et qui utilisent régulièrement nos données dans leur modélisation ou leur interprétation des spectres observés. Ainsi nous avons co-dirigé le programme FP6-RTN "Molecular Universe" qui alliait "expériences et calculs théoriques sur la réactivité et l’excitation collisionnelle de molécules, astrophysique du milieu interstellaire" et nous avons fait parti d’un key-project sur HERSCHEL. Actuellement C. Boursier est co-I d’un projet intitulé « Non-LTE diagnostics of CIRS observations of Titan’s mesosphere ». Il s’agit d’un projet CDAPS (Cassini Data Analysis and Participating Scientists) de la NASA dont le PI est le Dr. A. Kutepov (the Catholic University of America).
Certains travaux théoriques s’effectuent dans le cadre de collaborations qui apportent des approches méthodologies nouvelles ou qui étudient de nouveaux effets dynamiques (le groupe de T. Stoecklin à l’Université de Bordeaux et le groupe de D. Babikov à l’Université de Milwaukee, USA).

Contrats

Les activités bénéficient de soutien financier par contrat européen (FP6-RTN "Molecular Universe", les overheads du projet e-science FP7 "VAMDC", le projet ASTRONET CATS, par les programmes nationaux Physico-Chimie du Milieu Interstellaire (PCMI) et de Planétologie (PNP). L’ensemble des calculs utilise les clusters du groupe, ceux de l’Observatoire de Paris, ceux du mésocentre MesoPSL et les moyens nationaux IDRIS/CINES.
La base BASECOL et le projet VAMDC ont bénéficié de 2 contrats européens FP7 e-science (2009-2012, 2012-2014), du projet ASTRONET CATS et de soutien ponctuel de l’Observatoire de Paris.

Membres passés

• F. Daniel (PhD - 2004-2007), (calculs sur N2H+ — He, H2O—H2), PhD de l’Ecole Doctorale Astronomie et Astrophysique, ED127, actuellement post-doc à l’Observatoire de Grenoble
• S. Marinakis (Post-Doc, 2009-10) (calculs sur CS-H2 et BASECOL), Contrat ASTRONET CATS, actuellement Oxford University
• L. Nenadovic (CDD Ingénieur développement IE, 2010-2012) (VAMDC, SPECTCOL), Contrat VAMDC, actuellement reprise études
• M. Doronin (CDD Ingénieur développement IE, 2010-2012) (VAMDC standards, Portal, BASECOL), Contrat VAMDC, actuellement PhD LERMA-LCT
• S. Pilon (CDD Communication, 2013) (VAMDC), Overheads VAMDC
• Y.A. Ba (CDD Ingénieur développement IE, 2011-2014) (BASECOL, SPECTCOL, VAMDC Contract, VAMDC Overheads, SUP@VAMDC Contract, actuellement poste MEN IE BAP E à l’Observatoire de Paris
• F. Portier (CDD Valorisation, 2014), (SUP@VAMDC), SUP@VAMDC Contrat & SUP@VAMDC Overheads
• M. Ivanov (Post-Doc, 2013) (méthode semi-classique, H2O-He), Overheads contrat VAMDC
• E. Quintas-Sanchez (Post-Doc, 2014) (QCT calculations, PES de H2O- HCN), Overheads contrat VAMDC

Visiteurs

• A. Semenov (PhD de Prof. D. Babikov, Université de Milwaukee), (méthode semi-classique, H2O-He), 2014

Key References

• The water series of papers (M.L. Dubernet, F. Daniel, A. Grosjean)
• The BASECOL reference paper (M.L. Dubernet et al, A.&A., 2013, vol. 553, p A50)
• The VAMDC reference paper (M.L. Dubernet et al., JQSRT, 2010, vol. 210, p 2151)

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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