Complex organic molecules in solar-type star forming regions

par Ali Jaber Al-Edhari

Thèse de doctorat en Astrophysique et milieux dilues

Sous la direction de Cecilia Ceccarelli et de Claudine Kahane.

Soutenue le 19-10-2016

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (laboratoire) .

Le président du jury était Éric Quirico.

Le jury était composé de Charlotte Vastel.

Les rapporteurs étaient Paola Caselli, Francesco Fontani.

  • Titre traduit

    Molécules organiques complexes dans les régions de formation d'étoiles de type solaire


  • Résumé

    Le but de la présente thèse est l'étude de la compléxité moléculaire dans les régions de formation stellaires. Cette thèse s'axe sur deux classes de molécule aux caractéristiques prébiotiques : les molécules organiques complexes et les cyanopolyynes.Dans ce contexte, j'ai analysé des données d'un seul échantillon de relevés spec- traux en exploitant des codes de transfert radiatif à l'équilibre thermodynamique local (LTE) et/ou non-LTE pour deux sources : une proto-étoile de type solaire dans un environnement calme (IRAS 16293-2422) et un proto-ama constitué de proto-étoile de type solaire (OMC2-FIR4).L'objectif est de trouver des similar- ités et des différences entre ces deux cas.J'ai utilisé des données issu de deux relevés spectraux : TIMASSS (The IRAS16293-2422 Millimeter And Submilimeter Spectral Survey) réalisés en 2011 (Caux et al. 2011), et ASAI(Astrochemical Surveys At IRAM) réalisés pen- dant la période 2013-2015 (eg Lopez-Sepulcre et al.2015). J'ai extrais les lignes (identification et intensité intégrée) en utilisant le paquet disponible publique- ment : CASSIS (Centre d'Analyse Scientifique de Spectres Infrarouges et Sub- millimetrique). Pour finir, j'ai utilisé le paquet GRAPES (GRenoble Analysis of Protostellar Envelope Spectral) afin de modéliser la distribution spectrale énergétique de ligne (SLED) des molécules détectées, mais aussi afin d'estimer leurs abondances à travers l'envelope de IRAS16293 et du coeur chaud OMC2- FIR4.Les principaux résultats de la thèse sont :1. Le premier recensement complet des molecules organiques complexes (COMs) dans IRAS162932. La première détéction de COMs dans l'enveloppe froide d'une proto-étoile de type solaire (IRAS16293-2422) supportant l'idée qu'un méchanisme de formation, relativement efficace pour les COMs détectées, doit exister en phase gazeuse froide.3. La découverte d'une fine corrélation entre le diméthyle-éther (DME) et le méthyle-formate (MF) suggère une relation mère fille entre ces deux espèces.4. La detection de formamide, espèce avec un très fort potentiel prébiotique, dans plusieurs protoétoiles incluant IRAS16293-2422 et OMC2-FIR4.5. Le recensement complet des cyanopolyynes dans IRAS16293 et OMC2- FIR4 avec la détection de HC3N, HC5N, DC3N et pour OMC2-FIR4: le C13 isotopologue du HC3N cyanopolyynes.Ces résultats sont le sujet principal de deux publications (Jaber et al.2014, ApJ; Lopez-Sepulcre, Jaber et al.2015,MNRAS), un article accepté (Jaber et al., A & A) et un article à soumettre (Jaber et al. A & A).


  • Résumé

    The present PhD thesis goal is the study of the molecular complexity in solar type star forming regions. It specifically focuses on two classes of molecules with a pre-biotic value, the complex organic molecules and the cyanopolyynes.At this scope, I analyzed data from single-dish spectral surveys by means of non-LTE or/and non-LTE radiative transfer codes in two sources, a solar type protostar in an isolated and quiet environment (IRAS16293-2422) and a proto-cluster of solar type protostars (OMC2-FIR4). The goal is to find similarities and differences between these two cases.I used data from two spectra surveys: TIMASSS (The IRAS16293-2422 Millimeter And Submillimeter Spectral Survey), which has been carried out in 2011 (Caux et al. 2011), and ASAI (Astrochemical Surveys At IRAM), which has been carried out in 2013-2015 (e.g. Lopez-Sepulcre et al. 2015).I extracted the lines (identification and integrated intensity) by means of the publicly available package CASSIS (Centre dAnalyse Scientifique de Spectres Infrarouges et Submillimtriques).Finally, I used the package GRAPES (GRenoble Analysis of Protostellar Envelope Spectra) to model the Spectral Line Energy Distribution (SLED) of the detected molecules, and to estimate their abundance across the envelope and hot corino of IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4, respectively.The major results of the thesis are:1) The first full census of complex organic molecules (COMs) in IRAS16293-2422;2) The first detection of COMs in the cold envelope of a solar type protostar (IRAS16293-2422), supporting the idea that a relatively efficient formation mechanism for the detected COMs must exist in the cold gas phase;3) The discovery of a tight correlation between the dimethyl ether (DME) and methyl format (MF), suggesting a mother-daughter relationship;4) The detection of formamide, a species with a very high pre-biotic value, in several protostars, included IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4;5) The full census of the cyanopolyynes in IRAS16293-2422 and OMC2-FIR4, with the detection of HC3N and HC5N, DC3N and, for OMC2-FIR4, the 13C isotopologue of HC3N cyanopolyynes.These results are the focus of two published articles (Jaber et al. 2014, ApJ; Lopez-Sepulcre, Jaber et al. 2015, MNRAS), one accepted article (Jaber et al., A&A) and a final article to be submitted (Jaber et al., A&A).


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