LERMA UMR8112

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



Accueil > fr > Recherche > Molécules dans l’Univers > Théorie et Simulations > Systèmes de van der Waals pour l’Astrophysique et la Planétologie

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 28 juin 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Is accretion-driven turbulence a key process for galaxy growth ?
Pierre GUILLARD
IAP
résumé :
Spitzer and Herschel infrared spectroscopy has revealed a population of nearby galaxies with weak star formation and unusually bright emission lines (e.g. [CII], H2), with very broad linewidths. The line luminosities are greatly in excess of that expected by photoelectric heating of the gas, suggesting that they are powered by the dissipation of turbulent kinetic energy. This discovery of large masses of gas not associated with star formation reveal the potentially important, but largely unexplored, role that turbulence plays in the energetics and formation of multiphase gas on galactic scales. Is this relevant for filamentary gas accretion onto halos of galaxies? I will discuss a toy model in which some of the gravitational potential energy is transferred into gas accretion streams as they penetrate deeper into halos of young galaxies, and part of that energy is dissipated through a turbulent cascade in the warm infalling gas. We have modeled the excitation of the [CII] line as gas is cooling isobarically during its transition from the warm ionized to cold neutral medium. We find that the contribution of [CII] to the total gas cooling rate is increased to 30% and that this [CII] luminosity fraction is largely independent of metallicity. This may explain the recent ALMA detections of [CII] line emission from very high-redshift galaxies, that is not co-spatial with their UV-continuum and have ratios of [CII] to infrared luminosity that are higher than that expected from star formation.
 
Vendredi 5 juillet 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Distributions of shock waves: probing extra-galactic turbulence
Andrew LEHMANN
ENS
résumé :
Galactic super-winds driven by stars or supermassive black holes are an important feedback mechanism impacting the formation and evolution of galaxies as well as the enrichment of the intergalactic medium. These multiphase winds are observed at velocities (~1000 km/s) that would completely destroy molecules and ionise atoms if their energy dissipated in simple large scale shocks. An emerging picture instead considers a turbulent cascade mediating the transfer of energy from the large scale to the small, dissipating in myriad lower velocity shocks.

In this context I will present my work on low and intermediate velocity (2-50 km/s) molecular shocks. At low velocities in the dense interstellar medium, the rich complexity of magnetohydrodynamics allows for different kinds of shocks at speeds around the Alfven velocity. Counter intuitively, warm J-type shocks re-emerge at very low velocities which may be important for molecule production in turbulent molecular clouds. At higher velocities, shocks are hot enough to produce significant UV radiation that propagates ahead of the shock to generate a radiative precursor. Such a shock requires a careful treatment of the radiative transfer, and a self-consistent iterative method. I will present my implementation of such methods in the Paris-Durham shock code.
 
Vendredi 20 septembre 2019, 14h00
----------, Paris
Challenging a Newtonian prediction through Gaia wide binaries
Xavier HERNANDEZ
UNAM, Mexico
résumé :
Under Newtonian dynamics, the relative motion of the components of a binary star should follow a Keplerian scaling with separation. Once orientation effects and a distribution of ellipticities are accounted for, dynamical evolution can be modelled to include the effects of Galactic tides and stellar mass perturbers. This furnishes a prediction for the relative velocity between the components of a binary and their projected separation. After reviewing recent work evidencing the existence of a critical acceleration scale in Elliptical Galaxies and Globular Clusters, I will show new results showing such a phenomenology in Gaia wide binaries using the latest and most accurate astrometry available. The results are consistent with the Newtonian prediction for projected separations below 7000 AU, but inconsistent with it at larger separations, where accelerations are expected to be lower than the critical a0 value of MONDian gravity. This result challenges Newtonian gravity at low accelerations and shows clearly the appearance of gravitational anomalies of the type usually attributed to dark matter at galactic scales, now at much smaller stellar scales.


 
Tous les séminaires...