Etude par spectroscopie infrarouge des effets d'irradiation de glaces d'intérêt astrophysique par des ions lourds

par Eduardo Seperuelo Duarte

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Philippe Boduch.

Soutenue en 2009

à Caen en cotutelle avec Pontifícia universidade católica (Rio de Janeiro, Brésil) .

mots clés

• Astrophysique
• Glace
• Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de
• Ions lourds
• Pulvérisation

Résumé

Dans le système solaire et dans les régions denses du milieu interstellaire, des manteaux de glaces constitués de petites molécules sont irradiés par des particules ionisantes : des photons, des électrons et des ions. L’interaction entre les particules énergétiques et les manteaux induit plusieurs processus tels que les réactions chimiques, les changements de phase et la désorption de molécules. Les effets de l’irradiation par des photons et des ions légers sont étudiés depuis 20 ans. Cependant, les expériences réalisées avec des ions lourds et rapides sont rares dans la littérature. Bien que les ions légers soient plus abondants, le grand pouvoir d’arrêt et le haut rendement de pulvérisation des ions lourds peuvent compenser cet écart numérique. Ce travail résulte d’un projet de collaboration entre la PUC-Rio et le CIMAP-GANIL. L’objectif de ce projet est d’étudier l’effet de l’irradiation de glaces astrophysiques avec des ions lourds et rapides. Les expériences ont été réalisées sur les lignes IRRSUD et SME du GANIL avec des ions Ni (46 et 537 MeV). L’analyse des glaces a été faite par spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR). Quatre cibles ont été irradiées et analysées : H2O, CO, CO2 et H2O :CO :NH3. Les sections efficaces de destruction, de création des molécules produites et les rendements de pulvérisation ont été déterminés pour chaque cible. Les résultats obtenus montrent que les ions lourds sont plus efficaces que les protons pour la pulvérisation des manteaux de glaces alors que les protons sont eux plus efficace pour la synthèse de nouvelles molécules.

Titre traduit

Infrared spectroscopic study of irradiation effects with heavy ions on ices of astrophysics interest

Résumé

In the Solar System, as well as inside the dense interstellar regions, ice mantles constituted by small molecules are exposed to ionizing radiation formed by photons, electrons and ions. As a result, chemical reactions, phase changes, desorption and other physical chemical processes occur in the ice. Among the ionizing projectiles, fast heavy ions play a particular role in the sense that they are relatively low abundant in space but have high ionizing power and are very efficient for inducing desorption. These cosmic events can be simulated in laboratory. The main goal of the current work is to identify and quantify the effects of the fast heavy ion interaction with ices. Experiments were performed at the medium energy facility at GANIL, where 46 and 537 MeV Ni ions irradiated four ices cooled down at about 13 K: H2O, CO, CO2 and the mixture H2O:NH3:CO. The molecular concentrations of these species and the formed ones were determined by infrared spectroscopy (FTIR) as a function of the beam fluence. From the acquired data, destruction and formation cross sections of molecular species were measured as well as the sputtering yields. Results show that protons are more efficient for producing new molecular species, while heavy ions are responsible for the desorption process. This work is collaboration between the PUC-Rio and CIMAP-GANIL institutions.