Études des précurseurs de molécules prébiotiques en laboratoire et dans les spectres des régions de formation d'étoiles

par Aurélia Bouchez Giret

Thèse de doctorat en Astrophysique

Sous la direction de Adam David Walters et de Sandrine Bottinelli.

Soutenue en 2013

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les conditions physiques et chimiques des premières étapes de la formation stellaire sont propices à la formation de molécules complexes organiques à base de carbone, oxygène et azote qui pourraient être les précurseurs des espèces prébiotiques découvertes dans les météorites. Des études suggèrent que cette complexité démarre avec des réactions chimiques sur les grains interstellaires et l'évaporation des espèces formées dans la région chaude de l'étoile en formation. Par ailleurs le lancement de l'Observatoire Spatial Herschel (HSO) et la mise en route de l'interféromètre ALMA (Atacama Large Millimeter Array), permettent des études inédites à haute résolution spectrale et/ou spatiale dans les domaines submillimétriques et du térahertz. Ainsi de nombreuses molécules peuvent être étudiées avec une sensibilité inégalée sur une large gamme spectrale. Cependant, les données spectroscopiques précises permettant d'identifier les molécules complexes qui nous intéressent sont parfois manquantes principalement à cause des difficultés liées à la mesure et à l'analyse de leurs spectres de laboratoire. Durant cette thèse je me suis intéressée plus particulièrement aux isotopologues des molécules complexes, aussi bien d'un point de vue spectroscopique qu'astrophysique. L'étude des abondances de ces isotopologues (deutérés, 13C. . . ) dans le milieu interstellaire peut fournir des informations visant à comprendre les chemins réactionnels qui conduisent à la complexité moléculaire et ainsi contribuer à contraindre leur formation afin de déterminer si elle a lieu en phase gazeuse ou sur les grains. Dans une première partie, je présenterai les notions essentielles à la compréhension et la cohésion des deux composantes (spectroscopie de laboratoire et observations astrophysiques) ainsi que les différents outils utilisés lors de ces études; j'introduirai alors les différents types d'observations en radioastronomie. Dans une seconde partie, je développerai les études menées sur les isotopologues de deux molécules complexes organiques (l'éthanol 13C et le glycolaldéhyde deutéré) ayant un intérêt astrophysique. Ces études ont débuté d'un point de vue spectroscopique, avec (i) les mesures du spectre en laboratoire, et (ii) la détermination des paramètres caractéristiques des différents isotopologues. Ces travaux ont mené à la réalisation d'un spectre synthétique, ayant pour but de réaliser une identification dans le milieu interstellaire (MIS). Ces études ont continué d'un point de vue astrophysique avec la recherche des molécules étudiées en laboratoire dans des régions de formation stellaire. J'ai, dans un premier temps, effectué des tentatives de détection à partir des relevés spectraux existants: ceux-ci ont permis d'établir des limites de détection de nos molécules et ont mis en évidence quelques raies qui pourraient correspondre aux espèces recherchées. Puis j'ai réalisé mes propres observations afin de tenter de confirmer la détection et de montrer de possibles différences d'abondance entre les isotopomères. Je terminerai en ouvrant sur les perspectives pour des observations futures et pour des développements ultérieurs, basés sur ce travail.

  • Titre traduit

    Study of prebiotic molecule precursors in the laboratory and in star forming regions


  • Résumé

    The physical and chemical conditions of the first stages of star formation are favourable for the formation of complex organic molecules containing carbon, oxygen, and nitrogen which could be the precursors of the prebiotic species discovered in meteorites. Studies suggest that this complexity begins with chemical reactions on interstellar grains and the subsequent evaporation of the species formed on these grains in the warm core region of the forming star. Recently, the Herschel Space Observatory (HSO) and the ALMA interferometer have begun to make available new sensitive high spectral and/or high spatial resolution studies in the submillimetre and terahertz domains. Thus many molecules can now be studied with unequalled sensitivity over a wide spectral range. However, accurate spectroscopic data necessary to identify some of the complex molecules which interest us are missing because of the difficulties in measuring and especially in analysing their laboratory spectra. During my thesis I have been particularly interested in the 13C and deuterated isotopologues of complex molecules, both from a spectroscopic and from an astrophysical point of view. The study of the abundances of these isotopologues in the interstellar medium could supply information to help us to understand reactions pathways which lead to molecular complexity and determine which reaction take place in the gas phase and which on grains. First of all, I will present the notions useful to understand this work linking molecular spectroscopy and radioastronomy as well as the tools used; also I will introduce the different instruments available for observations. Secondly, I will detail the work carried out on 13C-substituted ethanol and deuterated glycolaldehyde, two complex organic molecules of astrophysical interest. The work involved laboratory measurements and analysis leading to a set of molecular parameters used to subsequently produce predictions of astrophysical spectra for the studied species, under the physical conditions of the astrophysical objects of interest. These synthetic spectra were compared with existing spectral surveys of star-forming regions thus identifying several candidate lines that were unfortunately too limited to prove detection; they also allowed the estimation of maximum abundances for all species. Then I will describe our own observations taken with the aim of confirming the detections and showing possible abundance differences between different isotopomers of each isotopologue. Finally I will give perspectives for future observations and further developments based on this work.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (157 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 147-157

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2013 TOU3 0031

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  • PEB soumis à condition
  • Cote : MMf-T458
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