Interaction des rayons cosmiques en environnement moléculaire

Cosmic ray interaction in molecular environment

• Auteur / Autrice : Vo Hong Minh Phan
• Direction : Stefano Gabici
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'Univers
• Date : Soutenance le 04/09/2020
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AstroParticule et Cosmologie (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabien Casse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cecilia Ceccarelli, Vincent Tatischeff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniele Galli, Alexei Ivlev
• DOI : 10.70675/f2fc22c5zf985z4031zb547zd2d397196d89

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement cosmique

Nuages moléculaires

Ionisation

Restes de supernovae

Mots clés libres

Rayons cosmiques

Nuages moléculaires

Taux d'ionisation

Restes de supernova

Cosmic rays

Molecular clouds

Ionization rate

Supernova remnants

Résumé

De nombreuses évidences observationnelles parvenues de différentes expériences au début du 20e siècle ont révélé que la Terre est constamment bombardée par des rayons cosmiques, des particules de haute énergie d'origine extraterrestre. Étant donné que ces particules sont très énergétiques, on pense qu'elles pourraient pénétrer profondément dans les nuages moléculaires et ioniser les parties les plus denses de ces objets, où naissent de nouvelles étoiles. Cela signifie que les rayons cosmiques règlent le niveau d'ionisation qui contrôle non seulement la chimie des nuages moléculaires mais également le couplage entre le gaz et le champ magnétique qui soutient le nuage en contrastant la gravité pendant le processus de formation des étoiles. On remarque que les taux d'ionisation déduits des observations infrarouges et radio sont beaucoup plus importants que la valeur communément citée dans la littérature. Ce désaccord doit mener à une réévaluation du taux d'ionisation dans les nuages, d'un point de vue théorique. Cette tâche nécessite une meilleure compréhension du transport des rayons cosmiques dans les nuages et, plus important encore, la connaissance de la quantité de rayons cosmiques de basse énergie à différentes positions dans notre Galaxie. Le premier sujet a été étudié dans des documents pionniers des années 70 et 80, mais il pourrait y avoir de la place pour d'ultérieures améliorations. En ce qui concerne le deuxième, on a des connaissances récentes, du moins pour le milieu interstellaire local, grâce aux données des sondes Voyager. Il n'est cependant pas très clair si ces données pourraient être considérées comme des valeurs de référence pour la densité des rayons cosmiques de basse énergie dans l'ensemble de la Galaxie. L'objectif de ce travail est donc d'étudier la propagation des rayons cosmiques de basse énergie dans des environnements neutres et aussi de mieux interpréter les données d'observation du taux d'ionisation dans les nuages moléculaires isolés et ceux au voisinage des accélérateurs cosmiques, tels que les restes de supernova.

It has been revealed by observational evidences from various experiments at the beginning of the 20th century that the Earth is constantly bombarded by cosmic rays, high-energy particles of extraterrestrial origin. Since these particles are very energetic, it is believed that they could penetrate deep into molecular clouds and ionize the densest parts of these objects where new stars are born. This means that cosmic rays regulate the level of ionization that controls not only the chemistry of molecular clouds but also the coupling between the gas and the magnetic field which support the cloud against gravity during the process of star formation. Interestingly, the ionization rates inferred from infrared and radio observations are much larger than the commonly quoted value in the literature. This calls for a reassessment from a theoretical point of view of the ionization rate in clouds. This task requires a better understanding of the transport of cosmic rays into clouds and, more importantly, the knowledge of the amount of low energy cosmic rays at different positions in our Galaxy. The former has been investigated in some of the pioneering papers in the seventies and eighties but there might be room for some improvements. The latter is known not too long ago at least for the local interstellar medium thanks to the data from the Voyager probes. It is, however, not very clear whether or not these data could be considered as reference values for the density of low energy cosmic rays in the entire Galaxy. The aim of this work is, therefore, to study the propagation of low energy cosmic rays in neutral environments and also to better interpret the observational data of the ionization rate in both isolated molecular clouds and the ones in the vicinity of cosmic accelerators like supernova remnants.