Spectroscopie à haute résolution de molécules réactives pour l'astrophysique

par Olivia Chitarra

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Olivier Pirali.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Ondes et Matière , en partenariat avec Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (laboratoire) , Systèmes Moléculaires, Astrophysique et Environnement (SYSTEMAE) (equipe de recherche) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Parmi l'ensemble des espèces moléculaires détectées dans les différentes sources du milieu interstellaire, très peu d'espèces radicalaires « de grande taille », contenant plus de 5 atomes, ont été identifiées. Ce manque de détection s'explique, en partie, par le manque considérable de données de spectroscopie à haute résolution (en phase gazeuse) obtenues au laboratoire. Le sujet de thèse concerne l'étude des spectres de molécules radicalaires contenant plus de 5 atomes dans une gamme spectrale permettant l'identification de ces espèces dans le milieu interstellaire. Le sujet de thèse comporte des activités d'instrumentation concernant les techniques de production d'espèces réactives et d'acquisition de spectres avec de nouveaux spectromètres, ainsi que des activités d'analyse et de modélisation des spectres obtenus. - Les espèces ciblées dans ce projet sont les molécules radicalaires stabilisées par résonnance (RSR) car dans ce cas particulier, la délocalisation de l'électron non apparié dans un système d'orbitales moléculaires conjuguées accroît la stabilité à ces espèces par comparaison avec des radicaux non stabilisés. - Pour étudier les spectres de ces espèces réactives, nous proposons de développer un nouveau spectromètre dans cette gamme spectrale combinant une source de production de gros radicaux par abstraction d'atome d'hydrogène par attaque au fluor atomique et une cavité résonante dans la gamme du millimétrique (cet ensemble expérimental a récemment reçu le soutien du programme national de Physico-Chimie di Milieu Interstellaire « PCMI ») pour augmenter la sensibilité du spectromètre sub-millimétrique. - Un second spectromètre bénéficiant des innovations récentes des techniques à dérive de fréquence « chirped-pulse » dans la gamme 75 - 110 GHz sera installé et testé dans les premiers mois de la thèse (le financement de cet instrument a été obtenu récemment par Marie-Aline Martin qui co-encadrera la thèse). Il sera ensuite associé à plusieurs dispositifs de productions d'espèces réactives (décharges dans du gaz à température ambiante ou dans des conditions de détente supersonique, abstraction d'H par le F ou Cl atomique, …). - Dans un premier temps, nos efforts porteront sur la caractérisation des spectres des radicaux propargyle et allyle, puis nous nous intéresserons au radicaux benzyle, 1-phenylpropargyle, phenylallyle et benyallenyle (liste non exhaustive). En ce qui concerne les RSR de grande taille (benzyle, 1-phenylpropargyle, phenylallyle, ...) pour lesquels les constantes rotationnelles sont à ce jour inconnues, nous effectuerons plusieurs missions au laboratoire PhLAM de Lille pour acquérir les spectres dans la gamme centimétrique qui nous semble un prérequis fondamental avant de rechercher les transitions dans la gamme millimétrique.

  • Titre traduit

    High resolution spectroscopy of astrophysically relevant reactives species


  • Résumé

    Among all the molecular species detected in the different sources of the interstellar medium, very few 'large' radical species containing more than 5 atoms have been identified. This lack of detection can be explained in part by the lack of high-resolution (gas phase) spectroscopy data obtained in the laboratory. The subject of the thesis concerns the study of the spectra of radical molecules containing more than 5 atoms in a spectral range allowing the identification of these species in the interstellar medium. The thesis subject includes instrumentation activities concerning the production techniques of reactive species and spectra acquisition with new spectrometers, as well as analysis and modeling activities of the spectra obtained. - The species targeted in this project are the resonance-stabilized radical molecules (RSR) because in this particular case, the delocalization of the unpaired electron in a conjugated molecular orbitals system increases the stability to these species in comparison with radicals unstabilized. - To study the spectra of these reactive species, we propose to develop a new spectrometer in this spectral range combining a source of production of large radicals by abstraction of hydrogen atom by atomic fluorine and a resonant cavity in the millimeter range (this experimental set up has recently received the support of the National Program of Interstellar Physics and Chemistry 'PCMI') to increase the sensitivity of the sub-millimeter spectrometer. - A second spectrometer will be developed using the recent innovations in chirped-pulse frequency techniques in the 75GHz - 110 GHz range. The spectrometer will be installed and tested in the first months of the thesis (funding for this instrument was recently obtained by Marie Aline Martin who will co-supervise the thesis). It will then be associated with several devices for the production of reactive species (discharges in gas at ambient temperature or under supersonic expansion conditions, abstraction of H by atomic F or Cl, etc.). - Initially, our efforts will focus on the characterization of the spectra of propargyl and allyl radicals, then we will focus on benzyl, 1-phenylpropargyl, phenylallyl and benylenyl radicals (non-exhaustive list). Regarding large RSRs (benzyl, 1-phenylpropargyl, phenylallyl, ...) for which the rotational constants are so far unknown, we will carry out several missions at the PhLAM laboratory in Lille to acquire the spectra in the centimetric range.