Properties of interstellar carbonaceous nanograins : a laboratory investigation

Propriétés des nanograins carbonés interstellaires : exploration au laboratoire

• Auteur / Autrice : Anh Tuan Cao
• Direction : Philippe Bréchignac, Thomas Pino, Emmanuel Dartois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie moléculaire

Matière interstellaire

Poussière cosmique

Résumé

Ce travail concerne l’étude de la matière carbonée au laboratoire en relation avec la matière carbonée interstellaire. L’observation de celle-ci utilise notamment la spectroscopie infrarouge de 7000 cm -1 à 600 cm -1, afin de comparer les motifs spectraux obtenus aux signatures observées dans le milieu interstellaire, répertoriées en trois classe (A,B et C). La première partie du travail a consisté en l’achèvement de la mise en place et le développement de l’expérience « Nanograins » au sein du laboratoire Photophysique moléculaire. Ce montage permet de faire brûler une flamme basse pression et permet de prélever des échantillons de produits du milieu réactif dans des conditions contrôlées. Les paramètres expérimentaux ont été ajustés de manière à maintenir la flamme et à produire de la suie, la matière carbonée qui a retenu l’essentiel de notre attention. Les dépôts de la partie condensable de la flamme ont été collectés puis analysés par la spectroscopie infrarouge en absorption. Nous avons étudié la flamme en phase gazeuse et aussi étudié l’effet d’irradiations laser et ionique sur les dépôts. Nous avons pu tracer la voie d’évolution des suies issues de la flamme en phase solide en fonction de diverses conditions de la flamme. Les spectres de certains dépôts démontrent leur caractère aromatique très fort. Un accord a été trouvé avec les signaux du milieu interstellaire de classe B et C. Ce résultat associé avec ceux issus de l’analyse par spectrométrie Raman et par spectrométrie de masse, ouvre des perspectives vers l’interprétation des signaux de la classe A.

This thesis work concerns the study of carbonaceous material in the laboratory in relation to interstellar carbonaceaous material. The observation of this material makes a particular use of infrared spectroscopy. That’s why we sought to synthesize analogues of carbonaceous interstellar grains and realize their spectroscopy in the range 7000 cm -1 – 600 cm -1, in order to compare the obtained patterns with the observed spectral signatures in the interstellar medium. The first part of the work consisted in the completion of the set-up and in the development of the “nanograins” experiment at the Laboratoire de Photophysique Moléculaire in Orsay – France. This set-up allows to mount a flame burning under low pressure and to collect products after sampling in the reactive environment under controlled conditions. The experimental settings were adjusted so as to keep the flame and produce soot, the carbon material which retained most of our attention. Deposits from condensation of species in the flame have been collected and its components analyzed by infrared absorption spectroscopy. We have studied the flame in the gas phase and also studied the effect of laser and ion irradiation on deposits. We were able to trace the path of evolution of the solid phase soot from the flame depending on various conditions of the flame. The spectra of some deposits demonstrate their strong aromatic character. We found an agreement with the signals of the interstellar medium class B and class C. This result combined with those from the analysis by raman spectroscopy and mass spectrometry, will be valuable tools to seek for an agreement with the signals of class A of the interstellar medium.