Physical and chemical conditions in the horsehead photodissociation region

par Viviana Guzman Veloso

Thèse de doctorat en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Maryvonne Gerin, Javier Goicoechea et de Jérôme Pety.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .

mots clés

• Cosmochimie
• Radioastronomie
• Matière interstellaire

Titre traduit

Conditions physiques et chimiques de la région de photo-dissociation de la Tête de Cheval

Résumé

Les raies moléculaires tracent la structure du milieu interstellaire ainsi que les conditions physiques du gaz dans différents environnements allant des galaxies à haut redshift aux disques protoplanétaires. Pour bénéficier des diagnostics moléculaires les voies de formation et de destruction des molécules doivent être comprises quantitativement, tout comme les couplages entre la chimie en phase gazeuse et solide. Des jeux bien compris de données concernant des sources simples sont essentiels pour tester les prédictions des modèles théoriques. Cette thèse présente l’analyse d’un relevé spectral systématique à 1, 2 et 3mm avec le télescope IRAM-30m dans la Tête de Cheval, offrant une combinaison inédite de bande passante, haute résolution spectrale et sensibilité, en direction de deux positions: la région de photodissociation (PDR) et une cœure froid à proximité. Environ 30 espèces avec un maximum de 7 atomes sont détectées sans compter les isotopologues. Ces données sont complétées par des cartes interférométriques IRAM-PdBI à haute résolution d’espèces spécifiques. Les résultats de cette thèse incluent la detection de CF+, un nouveau diagnostic de gaz exposé à l’UV lointain; la détection d’une nouvelle molécule interstellaire, que nous attribuons au petit hydrocarbure C3H+; une étude approfondie des molécules organiques H2CO, CH3OH et CH3CN, qui indique que la photodésorption des glaces est un mécanisme efficace pour relâcher ces molécules en phase gazeuse; et la première détection de molécules organiques complexes, comme HCOOH, CH2CO, CH3CHO et CH3CCH dans une PDR, qui révèle la complexité chimique dans le gaz neutre éclairé en UV lointain.

Résumé

Molecular lines are used to trace the structure of the interstellar medium and the physical conditions of the gas in different environments, from high-z galaxies to protoplanetary disks. To fully benefit from the diagnostic power of molecular lines, the formation and destruction paths of the molecules, including the interplay between gas-phase and grain surface chemistry, must be quantitatively understood. Well-defined sets of observations of simple template sources are key to benchmark the predictions of theoretical models. With that motivation, this thesis is focused on the observation and analysis of an unbiased spectral line survey at 3, 2 and 1mm with the IRAM-30m telescope in the Horsehead nebula, with an unprecedented combination of bandwidth, high spectral resolution and sensitivity. Two positions were observed: the warm photodissociation region (PDR) and a cold condensation shielded from the UV field. Approximately 30 species, with up to 7 atoms plus their isotopologues, are detected. These data are complemented by high-angular resolution IRAM-PdB interferometric maps of specific species. The results of this thesis include the detection of CF+, a new diagnostic of the UV illuminated gas; the detection of a new species in the ISM, tentatively attributed to C3H+; a deep study of the abundance, spatial distribution and excitation conditions of H2CO, CH3OH and CH3CN, which reveals that photo-desorption of ices is an efficient mechanism to re- lease molecules into the gas phase; and the first detection of the complex organic molecules, HCOOH, CH2CO, CH3CHO and CH3CCH in a PDR, which reveals the degree of chemical complexity reached in the UV illuminated neutral gas.