Hot corinos : l'enrichissement précoce de molécules organiques des régions de formation planétaires

Hot corinos : the early organic molecular enrichment of the planet formation zones

• Auteur / Autrice : Marta De Simone
• Direction : Cecilia Ceccarelli, Claudio Codella
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique et milieux dilues
• Date : Soutenance le 31/01/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Beck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Chandler, Linda Podio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rafael Bachiller, Sergio Molinari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Formation stellaire

Propriétés physico-chimiques

Matière interstellaire

Protoétoiles

Mots clés libres

Outflow

Hot corinos

Richesse moléculaire

Hot corinos

Molecular richness

Outflow

Résumé

Jusqu'à présent, la Terre est la seule planète connue accueillant la vie, qui est basée sur la chimie organique. Il est intéressant de noter que certains des précurseurs chimiques de la vie, comme les acides aminés, ont été découverts dans des objets du système solaire (comètes et météorites, par exemple).Cette découverte appuie la possibilité que les premières étapes de la chimie organique aient commencé dès les premiers stades de la formation de notre système solaire. Cependant, est-ce vraiment vrai ?Des systèmes planétaires comme le Système solaire se forment continuellement dans la Voie Lactée, si bien qu'il est possible de les étudier pour retrouver ce qui est arrivé à notre Système solaire.La formation des étoiles de type solaire passe par différentes étapes, à commencer par l'effondrement d'un cœur moléculaire qui évolue en une protoétoile, un disque protoplanétaire et, finalement, un système planétaire. L'évolution physique s'accompagne d'une évolution chimique.En particulier, plusieurs molécules organiques relativement complexes ont été détectées dans la phase protostellaire précoce, c'est-à-dire dans les "hot corinos". Par conséquent, leur caractérisation chimique est un point crucial pour retrouver nos origines.Néanmoins, après presque vingt ans d'études, très peu de Hot corinos ont été découverts, et beaucoup d'entre eux montrent des spectres moléculaires très différents aux longueurs d'onde millimétriques.Dans cette perspective, avec cette thèse, je cherche à répondre à deux questions principales :i) Quelle est l'origine et la nature des hot corinos ?ii) Comment sont synthétisées les molécules organiques complexes interstellaires ?Afin de répondre à ces questions, j'ai étudié le système binaire protostellaire NGC 1333 IRAS 4A et son environnement. Ce système, largement étudié aux longueurs d'onde millimétriques, est composé de deux sources, IRAS 4A1 et IRAS 4A2, dont les spectres moléculaires millimétriques sont très différents. De plus, les deux proto-étoiles éjectent deux outflows bipolaires qui interagissent avec l'enveloppe environnante.J'ai utilisé i) des observations aux longueurs d'onde centimétriques du VLA vers les deux proto-étoiles pour étudier leur nature chimique et leur histoire et ii) des observations à haute résolution angulaire avec NOEMA, dans le cadre du grand programme SOLIS (Seeds of Life in Space), pour étudier la complexité chimique de leurs écoulements moléculaires.Ce travail de thèse fait partie du projet Dawn of Organic Chemistry (DOC), financé par le Conseil européen de la recherche (ERC) sous la subvention n° 741002.

So far Earth is the only known planet hosting life, which is based on organic chemistry. Interestingly, some of the chemical precursors of life, e.g. amino acid, have been found in Solar System objects (e.g., comets and meteorites).This finding supports the possibility that the first steps of organic chemistry started already during the early stages of the formation of our Solar System. However, is it actually true?Planetary systems as the Solar System are formed continuously in the Milky Way so that it is possible to study them to recover what happened to our Solar System.The formation of Solar-type stars goes through different stages, starting from a collapsing molecular core that evolves into a protostar, a protoplanetary disk, and eventually a planetary system. Together with the physical evolution, a chemical evolution takes place.In particular, several relatively complex organic molecules have been detected in the early protostellar phase, i.e., hot corinos. Therefore, their chemical characterization is a crucial point in retrieving our origins.Nevertheless, after almost twenty year of studies, very few hot corinos have been discovered, and many of them show very different molecular spectra at millimeter wavelengths.In this perspective, with this Thesis I aim to answer two main questions:i) What is the origin and nature of hot corinos?ii) How are interstellar complex organic molecules synthesized?In order to answer these questions, I investigated the protostellar binary system NGC 1333 IRAS 4A and its surrounding environment. This system, extensively studied at millimeter wavelengths, is composed of two sources, IRAS 4A1 and IRAS 4A2, with very different millimeter molecular spectra. Additionally, the two protostars are ejecting two bipolar outflows that interact with the surrounding envelope.I used i) VLA centimeter wavelengths observations toward the two protostars to investigate their chemical nature and history and ii) high-angular resolution observations with NOEMA, as part of the SOLIS (Seeds of Life in Space) Large Program, to study the chemical complexity of their molecular outflows.This Thesis work is part of the project Dawn of Organic Chemistry (DOC), funded by the European Research Council (ERC) under the grant No 741002.