The formation of molecular hydrogen on interstellar silicatesé : from experiments to observations

par Lisseth Gavilan

Thèse de doctorat en Astronomie et astrophysique

Sous la direction de Jean-Louis Lemaire.

Le président du jury était Bruno Sicardy.

Le jury était composé de Jean-Louis Lemaire.

  • Titre traduit

    La formation de l'hydrogène moléculaire sur des silicates interstellaires : des expériences aux observations


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de comprendre la formation de l'hydrogène moléculaire dans le milieu interstellaire (MIS) via des expériences de laboratoire et des observations astronomiques. Les expériences ont été réalisées avec FORMOLISM, un montage fonctionnant dans l'ultra-vide pour étudier la formation de molécules dans le MIS. On s'intéresse à la distribution en énergie de molécules d'hydrogène formées sur une surface refroidie par cryogénie (< 10 K). La technique de Resonance Enhanced Multi-Photon Ionization (REMPI 2 + 1) est utilisée pour sonder la population des niveaux rovibrationnels de l'état électronique fondamental de l'hydrogène moléculaire. Nous avons examiné différentes surfaces d'intérêt astrophysique : des silicates amorphes et cristallins, et de la glace d'eau solide amorphe poreuse (p-ASW). Nous avons confirmé l'augmentation du taux de formation de l'hydrogène moléculaire sur une surface recouverte au préalable des molécules d'hydrogène et nous avons quantifié la formation D₂en tant que mécanisme de désorption non-thermique. Nous avons mesuré le rapport ortho-para de l'hydrogène moléculaire nouvellement formée sur la surface de p-ASW, qui correspond à la valeur attendue à l'équilibre statistique à haute température (> 100 K). Nous avons fabriqué au laboratoire de nouvelles surfaces de silicates (forstérite et fayalite) pour examiner l'impact de leur morphologie et de leur composition chimique sur la formation de l'hydrogène moléculaire. On a observé l'abaissement de la température de rotation des molécules d'hydrogène formées (par rapport à la température de rotation du jet moléculaire) émergeant de surfaces cristallines. Nous avons également étudié la conversion de spin nucléaire des molécules d'hydrogène absorbées sur une surface de sillicate. Les prédictions observationnelles qui on été déduites de ces expériences ont été testées par spectroscopie à longue fente dans l'infrarouge proche disponible au VLT et au Keck. Des nébuleuses planétaires présentant simultanément des émissions de H₂ont été détectées sur certains de nos objets. La distribution d'intensité de ces raies est comparée à des modèles théoriques de formation H₂dans l'espace. Une partie de cette thèse traite également de la spectroscopie VUV à haute résolution de CO et de ses isotopes, en utilisant le spectromètre à transformée de Fourier disponible au synchroton SOLEIL. Cela complète le travail sur l'hydrogène dans le contexte plus large de l'astrochimie de petites molécules.


  • Résumé

    The goal of this thesis is to understand the formation of molecular hydrogen in the interstellar medium (ISM) via laboratory experiments and astronomical observations. The experiments are performed with FORMOLISM, an ultra-high vacuum setup to study the formation of molecules in the ISM. We are interested in the energy disposal during the exhothermic recombination of two H atoms on a cryogenically cooled surface (< 10 K). Resonance Enhanced Multi-Photon Ionization ( REMPI 2 + 1) spectroscopy is used to probe the population of rovibrational levels in the ground electronic state of molecular hydrogen after formation. We have tested different surfaces of astrophysical relevance : amorphous and crystalline silicates, porous amorphous solid water, and a bare silicate pre-dosed with hydrogen molecules. We have confirmed the formation enhancement of molecular hydrogen on a surface pre-dosed with molecules and quantified D₂formation as a non-thermal desorption mechanism. We have also measured the ortho-to-para ratio of newly formed molecular hydrogen on p-ASW, finding that it corresponds to the value expected at statistical equilibrium at high temperature. Silicate analog surfaces (forsterite and fayalite) have been fabricated to test the influence of their morphology and chemical composition on hydrogen formation. We have found that newly formed molecular hydrogen leaves rotationally cooler (with respect to the molecular beam rotational temperature) from crystalline surfaces, and that it is unaffected when it scatters from amorphous surfaces. We have also detected nuclear spin conversion of molecular hydrogen absorbed on bare silicates. Observational predictions from these experiments are tested using long slit near infrared spectroscopy available at the VLT and Keck telescopes. Planetary nebulae with H₂ and X-ray emission were chosen as ideal targets. H₂transitions have been detected throughout our targets. The intensity distribution of these transitions will be compared to models of formation pumping spectra. In addition, part of this thesis addresses the VUV high-resolution spectroscopy of CO and its isotopologues, using the Fourier Transform Spectrometer at the SOLEIL synchroton. This complements the work on hydrogen in the wider context of the astrochemistry of small molecules.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (XV-210 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [197]-207

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Observatoire de Paris (Section de Paris). Bibliothèque.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 9062

Cette version existe également sous forme de microfiche :

  • Bibliothèque : Observatoire de Paris (Section de Meudon). Bibliothèque.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : MMf-T591
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.