Évolution des poussières interstellaires dans les régions photon-dominées

Dust evolution in photon-dominated regions

• Auteur / Autrice : Thiébaut-Antoine Schirmer
• Direction : Alain Abergel, Laurent Verstraete
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 01/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique spatiale (Orsay, Essonne ; 1990-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Jacques Le Bourlot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Berné, Maarten Baes, Karine Demyk, Jérôme Pety, Philippe Laudet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Berné, Maarten Baes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télescope spatial James-Webb

Poussière cosmique

Matière interstellaire

Mots clés libres

Nano-poussière carbonées

Régions photon-dominées

Observations IR

Modélisation

Carbonaceous nano-dust

Photon-dominated regions

IR observations

Modelling

Résumé

Les processus microphysiques à la surface des poussières interstellaires sont étroitement liés à leurs propriétés (i.e. la taille et la forme des poussières) et jouent un rôle clé dans de nombreux phénomènes du milieu interstellaire (MIS). La grande disparité des conditions physiques (i.e. la densité et la température du gaz) dans le MIS déclenche une évolution des propriétés des poussières. L'analyse de l'évolution de la poussière en fonction des conditions physiques est un tremplin vers une compréhension plus approfondie de la poussière interstellaire. Étant donné que les conditions physiques varient considérablement et sont spatialement résolues dans les régions photon-dominées (PDRs) proches, elles constituent le lieu idéal pour étudier l'évolution de la poussière en fonction des conditions physiques. Dans cette thèse, je me concentre sur la façon dont la poussière interstellaire évolue en fonction des conditions physiques dans les PDRs proches. À cette fin, j'ai modélisé l'émission et la diffusion de la poussière en utilisant le modèle de poussière interstellaire THEMIS ainsi que le code de transfert radiatif 3D SOC. J'ai utilisé les observations Spitzer et Herschel pour confronter les résultats de ma modélisation afin de contraindre les propriétés de la poussière. J'ai constaté que les nano-grains sont fortement déplétés dans la partie irradiée de la tête de cheval et que les grains coagulent pour former des agrégats dans la partie dense de la tête de cheval. J'ai proposé un scénario dans lequel, dans la partie irradiée de la nébuleuse de la tête de cheval, tous les nano-grains n'ont pas encore eu le temps de se reformer par la photofragmentation des agrégats et les plus petits des nano-grains sensibles au champ de rayonnement sont détruits par le rayonnement. Dans la partie intérieure de la nébuleuse de la Tête de cheval, les grains sont constitués d'agrégats, comme attendu dans les régions à haute densité.

Micro-physical processes on interstellar dust surfaces are tightly connected to dust properties (i.e. dust composition, size, and shape) and play a key role in numerous phenomena in the interstellar medium (ISM). The large disparity in physical conditions (i.e. density and gas temperature) in the ISM triggers an evolution of dust properties.The analysis of how dust evolves with the physical conditions is a stepping stone towards amore thorough understanding of interstellar dust. As physical conditions vary widely and are spatially resolved in nearby photon-dominated regions (PDRs), they are the ideal place to study dust evolution as a function of physical conditions. In this thesis, I focus on how does interstellar dust evolves with physical conditions in nearby PDRs. To this end, I modelled dust emission and scattering using the THEMIS interstellar dust model together withthe 3D radiative transfer code SOC. I used Spitzer and Herschel observations to confront the results of my modelling in order to constrain the dust properties. I found that nano-grains are strongly depleted in the outer irradiated part of the Horsehead and that grains coagulate together to form aggregates in the inner dense part of the Horsehead.I proposed a scenario where in the outer part of the Horsehead nebula, all the nano-grain have not yet had time to re-form completely through photo-fragmentation of aggregates and the smallestof the nano-grain that are sensitive to the radiation field are photo-destroyed. In the inner part of the Horsehead nebula, grains most likely consist of multi-compositional mantled aggregates, as would expected in high density regions.