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 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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