Irradiation de glaces d’intérêt astrophysique par des ions lourds

Irradiation of astrophysical ices with heavy ions

• Auteur / Autrice : Xue-Yang Lv
• Direction : Philippe Boduch, Hermann Rothard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ions -- Implantation

Ions lourds

Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de

Glace

Astrophysique

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’irradiation de glaces composées de molécules simples (H2O, CO, CO2, NH3) par des ions lourds produits par GANIL. Ces glaces sont présentes dans certains milieux astrophysiques tels que les comètes, les surfaces des lunes de Jupiter et les nuages denses. L’irradiation en laboratoire simule l’effet des rayons cosmiques pour les ions de haute énergie et du vent solaire pour les ions de basse énergie. La technique d’observation est la spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier, technique qui autorise la détection des molécules créées dans le « bulk », lors du passage de l’ion incident. La thèse porte donc sur l’établissement de lois d’évolutions de systèmes en fonction de l’énergie déposée, par exemple l’évolution des sections efficaces de destruction de molécules simples et abondantes dans l’espace en fonction du pouvoir d’arrêt électronique. Des expériences d’implantation ont aussi été réalisées afin de connaître les modifications chimiques induites sous irradiation et de déterminer le taux de production de molécules telles que CO2 et SO2. Ces taux de production ont été comparés aux observations réalisées sur les lunes de Jupiter. Le mélange CO2-NH3 a aussi été irradié. Différentes espèces telles que CO, OCN- et [HCOO-][NH4+] ont été produites et indique que des molécules plus complexes peuvent être potentiellement formées dans l’espace par irradiation de glaces.

This thesis concerns irradiation of ices composed of simple molecules (H2O, CO, CO2, NH3) with heavy ion beams at GANIL. These ices exist in several astrophysical environments such as comets, surfaces of Jovian satellites, and dense molecular clouds. Irradiation in the laboratory allows simulating the effects of cosmic rays with high energy ion beams, and those of solar wind with low energy beams. The analysis is performed by Fourier transformed Infrared absorption spectroscopy, which allows detecting molecules created during ion irradiation. The evolution of the ices, characterized by destruction cross sections, formation cross sections and sputtering yields was studied as a function of the deposited energy for some of the most abundant simple molecules in space as a function of electronic stopping power. Furthermore, Implantation experiments were performed in order to study chemistry induced by the projectile ions and formation of molecules such as CO2 and SO2. The formation rates were compared to the corresponding observations of abundance of those molecules and the Jovian moon Europa. After irradiation of the mixture CO2+NH3 several new species such as CO, OCN- et [HCOO-][NH4+] were observed. This indicates that complex molecules can possibly be formed by irradiation of ices in space.