Étude détaillée de la formation du méthanol et de son retour en phase gazeuse : approche couplée expérimentale, modélisation et observation.

Detailed study of the formation of methanol and its return to the gas phase: coupled experimental, modelling and observational approach.

• Auteur / Autrice : Basile Husquinet
• Direction : François Dulieu, Paola Caselli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers - Cergy
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères

Mots clés

Mots clés libres

Astrochimie

Physique moléculaire

Radio astronomie

Astrochemistry

Molecular physics

Radio astronomy

Résumé

Chaque phase de la formation des étoiles et des planètes est accompagnée d'une combinaison particulière de signatures moléculaires, qui indique les conditions physiques, mais aussi l'évolution chimique des environnements astrophysiques(Caselli et Ceccarelli 2012). Le méthanol (CH3OH) est la molécule organique complexe (COMs) emblématique. C'est une molécule facilement détectable avec un spectre riche. Elle est relativement abondante de sorte qu'elle est la seule COM détectée dans la glace (Boogert, Gerakines, and Whittet 2015). Dans les observations radiomillimétriquesdes nuages moléculaires et des régions de formation d'étoiles, les abondances des autres COMs sont souvent comparées au méthanol. Dans la phase pré-stellaire, les conditions de haute densité (>10^4cm-3) et de basse température (<12K) font que le méthanol devrait s'accréter complètement sur les grains, d'autant plus qu'il est susceptible de se former directement à leur surface. Au Centre d'Etudes Astrochimiques (MPE Garching), des observations et des modélisations du méthanol ont été réalisées(Punanova et al. 2018)(Harju et al. 2020)(Vasyunin et al. 2017). A Cergy, la formation (Minissale, Moudens, et al. 2016), le collage (Gadallahet al. 2020) et le retour à la phase gazeuse par désorption chimique ont été mesurés (Minissale, Dulieu, et al. 2016). Néanmoins, des progrès restent à faire car toutes les conditions expérimentales n'ont pas été étudiées, et toutes les contraintes observationnelles ne sont pas parfaitement reproduites par les modèles. Parmi les développements possibles, nous pouvons noter la question suivante : quelle fraction d'oxygène atomique encore disponible réduit la formation de méthanol (le CO serait transformé en CO2) ? Cela peut-il expliquer les rapports d'abondance CH3OH/CO2 mesurés dans la glace ? Comment peut-on évaluer l'impact de la dynamique environnementale (par exemple, les chocs lents dus à l'accrétion de matière sur les noyaux de nuages moléculaires) dans la désorption du méthanol ? La gamme d'extinction visuelle dans laquelle le méthanol est observé en phase gazeuse (loin d'un jeune objet stellaire) est-elle significative pour le rôle des UV, ou y a-t-il d'autres explications ?...

Each phase of the formation ofstars and planets is accompanied by a particular combination of molecular signatures, which indicates the physical conditions, but also the chemical evolution of the astrophysical environments(Caselli and Ceccarelli 2012). Methanol (CH3OH) is the emblematic Complex Organic Molecule(COMs). It is an easily detectable molecule with a rich spectrum. It is relatively abundant so that it is the only COM detected in the ice(Boogert, Gerakines, and Whittet 2015). Inradio-millimetric observationsof molecular clouds and star-forming regions, the abundances of other COMs are often compared to methanol. In the pre-stellar phase, the conditions of high density (>10^4cm-3) and low temperature (<12K) mean that methanol should accrete completely onto the grains, especially since it is likely to be formed directly on their surface. In the Center for Astrochemical Studies (MPE Garching), observations and modelling of methanol have been performed(Punanova et al. 2018)(Harju et al. 2020)(Vasyunin et al. 2017). In Cergy, the formation(Minissale, Moudens, et al. 2016), sticking (Gadallahet al. 2020)and the return to the gas phase by chemical desorption have been measured(Minissale, Dulieu, et al. 2016). Nevertheless, there is still progressto be made because not all the experimental conditions have been studied, and not all the observational constraints are perfectly reproduced by the models. Among the possible developmentswe can note the following question: what fraction of atomic oxygen still available reduces the formation of methanol (CO would be transformed into CO2)? Can thisexplain the CH3OH/CO2abundance ratiosmeasuredin the ice? How can we evaluate the impact of environmental dynamics (e.g. slow shocksdue to accreting material onto molecular cloud cores) in the desorption of methanol? Is the visual extinction range in which methanol is observed in the gas phase (awayfrom a young stellar object) significant for the role of UV, or are there other explanations?...