Enrichissement organique dans les régions de choc d'écoulements protostellaires

Organic enrichment in protostellar outflow shocks

• Auteur / Autrice : Juliette Robuschi
• Direction : Ana Lopez-sepulcre, Cecilia Ceccarelli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astrophysique et Milieux Dilués
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble

Mots clés

Mots clés libres

Astrochimie

Écoulements protostellaires

Formation stellaire

Interférométrie millimétrique

Astrochemistry

Protostellar outflows

Star formation

Millimiter interferometry

Résumé

Les premiers stades de formation d'une étoile de type solaire sont tout sauf paisibles. En effet, le stade protostellaire est caractérisé, entre autres, par de violentes éjections de matière depuis la protoétoile centrale, sous la forme de jets supersoniques (> 100 km/s) collimatés le long des lignes de champ magnétique. À leur tour, ces jets accélèrent (< 10 km/s) de la matière dense entourant la protoétoile, créant les fameux écoulements moléculaires, traditionnellement tracés par l'émission à grande vitesse des raies de CO, au profil en ailes de raie. Les écoulements conduits par les jets protostellaires sont riches en chimie moléculaire. Cela résulte des régions choquées générées par les jets lorsque ces derniers impactent les murs des cavités qu'ils ouvrent tout au long de leur chemin. De telles régions choquées peuvent présenter de l'émission émanant d'espèces moléculaires variées, causée par l'érosion des cœurs des grains de poussière et de leurs manteaux glacés, et la libération soudaine des atomes et molécules dans la phase gazeuse. Pour les molécules organiques en particulier, les régions choquées entourant les protoétoiles sont d'excellents laboratoires astrochimiques pour explorer leurs voies de formation et de destruction au cours du temps; un sujet toujours très débattu parmi les astrochimistes. De plus, ces espèces complexes peuvent être considérées comme les briques élémentaires utilisées pour former des macromolécules d'intérêt prébiotique. Le but de cette thèse est de chercher des molécules organiques pré-sélectionnées dans plusieurs régions choquées dans des écoulements protostellaires, telles que celles se trouvant le long de l'écoulement moléculaire sud de la protoétoile L1157, et de contraindre leurs voies de formation et de destruction. Parmi les molécules d'intérêt, des cibles spécifiques incluront le glycolaldéhyde (CH2OHCHO), l'acide formique (HCOOH), l'éthanol (C2H5OH) et l'acétonitrile (CH3CN), avec pour objectif de tester leurs hypothèses de voies de formation. Dans ce but, l'étudiante travaillera avec des données observationnelles des radio-interféromètres NOEMA et ALMA (données partiellement existantes et à obtenir). Des modélisations astrochimiques complémentaires, incluant les dernières réactions ajoutées aux différents catalogues seront également utilisées pour ajuster les observations. Les résultats de cette thèse serviront à améliorer la statistique d'écoulements chimiquement actifs bien connus, ainsi qu'à ajouter des connaissances précieuses sur les réseaux de réactions fonctionnant pour produire et détruire les molécules dans les régions choquées.

The first formation stages of a solar-mass star are all but peaceful. Indeed, the protostellar stage is characterised, among other phenomena, by violent ejections of material from the central protostar in the form of supersonic (>100 km/s) collimated jets. In turn, jets accelerate slower (<10 km/s) dense material surrounding the protostar, creating the well-known molecular outflows, traditionally traced by high-velocity line wing emission from CO lines. Outflows driven by protostellar jets are rich in molecular chemistry. This results from the shocked regions jets generate when impacting against the walls of the cavities they open along the way. Such shocked regions may display emission from a variety of molecular species, caused by the erosion of dust grain cores and icy mantles and the resulting sudden release of atoms and molecules into the gas-phase. When it comes to organic molecules in particular, protostellar shocked regions are excellent astrochemical laboratories to explore their time-dependent formation and destruction pathways, a topic that is still hotly debated among astrochemists. Indeed, these complex species can be considered as simple bricks used by physics and chemistry to assemble into macromolecules of prebiotic interest. The goal of the thesis is to search for selected organic molecules in several protostellar outflowshocks, such as those lying along the L1157 Southern outflow lobe, and to set constraints on their formation/destruction pathways. Specific molecular targets will include glycolaldehyde (CH2OHCHO), formic acid (HCOOH), ethanol (C2H5OH), and CH3CN, among others, in order to test recent on their formation routes. To this end, the student will work with -both existing and yet to be obtained- observational data from the IRAM/NOEMA and ALMA interferometers. Complementary astrochemical modelling including the most up-to-date reaction rates from will also be employed to fit the observations. The results from this thesis will both improve the statistics of known chemically active outflows and add valuable knowledge on the reaction networks that function to produce and destroy organic molecules in shocked regions.