Etude de régions d'accélération des rayons cosmiques à travers leur composition chimique

Studying regions of cosmic ray acceleration through their chemical composition

• Auteur / Autrice : Aimie Clement
• Direction : Valentine Wakelam, Marianne Lemoine-goumard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Inscription en doctorat le 14/09/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Formation d'étoiles et milieu interstellaire

Mots clés

Mots clés libres

Rayons cosmiques

Milieu interstellaire

Astrochimie

Astrogamma

Cosmic rays

Interstellar medium

Astrochemistry

Gamma-ray astronomy

Résumé

Le rayonnement cosmique est un flux de particules de haute énergie qui circulent dans le milieu interstellaire. Ces flux d'énergie sont tels qu'ils influencent la physique et le bilan énergétique de la galaxie. Leur interaction avec les milieux denses ont deux effets principaux : 1) les particules de haute énergie (>1 GeV) produisent des rayons gamma par interaction proton-proton et 2) les particules de basse énergie (<1 GeV) ionisent le gaz et influencent la chimie du milieu interstellaire. Pour comprendre l'influence du rayonnement cosmique sur les galaxies, il est nécessaire de comprendre où ces particules sont accélérées et comment. Un des acteurs de l'accélération proposé est l'explosion de supernovae. Si un vestige de supernova est proche d'un nuage moléculaire, les particules accélérées vont interagir avec les molécules présentes dans les nuages, produisant des rayons gamma ainsi qu'une signature chimique particulière. Du point de vue de la chimie, la partie basse énergie du rayonnement cosmique influencera la fraction d'ionisation du gaz et donc la production de certaines molécules. Le sujet de cette thèse est d'utiliser des traceurs moléculaires pour caractériser le rayonnement cosmique dans de nouvelles régions moléculaires émettant en rayons gamma, récemment identifiées par le télescope Fermi-LAT. L'observation dans le domaine millimétrique de certaines molécules permettra de déterminer leur abondance et de remonter au taux d'ionisation de H2 par les particules du rayonnement cosmique. L'observation dans le domaine gamma permettra quant à elle d'étudier l'accélération et l'échappement des cosmiques dans cette région.

Cosmic rays (CRs) are a flux of high energy particles that move through the interstellar medium. These energy fluxes influence the physics and the energy balance of the Galaxy. Their interaction with dense interstellar matter has two important effects: 1) high energy (>1 GeV) protons produce gamma-rays by proton-proton interaction and 2) low energy (<1 GeV) cosmic rays ionise the gas and play a key role in the chemistry of the interstellar medium. To understand their influence in the Galaxy, it is necessary to know where CRs are accelerated and how they propagate. Galactic CRs are thought to be accelerated in supernova shocks. If a Supernova Remnant (SNR) is located close to a molecular cloud, the interaction between these accelerated particles and the molecules in the molecular cloud will produce gamma-ray emission and a particular chemical signature. From a chemical aspect, the low energy part of the cosmic-ray flux will influence the gas ionisation fraction and thus the production of some molecules. The subject of this thesis is to use molecular tracers to characterise cosmic rays in new molecular regions emitting gamma rays, recently identified by the Fermi-LAT telescope. Observations of some molecules in the millimeter domain will allow to determine their abundance and to find the cosmic ray ionisation rate of H2. Observations in gamma-ray will allow to study the acceleration and escape of cosmic-ray particules in this region.