Revisiter la chimie de la formation stellaire

Revisiting the chemistry of star formation

• Auteur / Autrice : Thomas Vidal
• Direction : Valentine Wakelam
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 25/09/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serena Viti, Bertrand Lefloch, Stéphanie Cazaux, François Dulieu, Marcelino Agúndez, Fabrice Herpin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serena Viti, Bertrand Lefloch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coeurs chauds moléculaires

Nuages denses (astrophysique)

Effondrement gravitationnel

Modèles chimiques

Chimie

Soufre

Cosmochimie

Formation stellaire

Mots clés libres

Astrochimie

Formation stellaire

Modèle chimique

Nuages denses

Effondrement

Coeurs chauds

Astrochemistry

Star formation

Chemical model

Dark clouds

Collapse

Hot cores

Résumé

Les études astrochimiques de la formation stellaire sont particulièrement importantes pour la compréhension de l'évolution de l'Univers, du milieu interstellaire diffus à la formation des systèmes stellaires. Les récentes avancées en matière de modélisation chimique permettent d'apporter de nouveaux résultats sur le processus de formation stellaire et les structures mises en jeu. L'objectif de ma thèse était donc d'apporter un regard neuf sur la chimie de la formation stellaire en utilisant les récentes avancées sur le modèle chimique Nautilus. J'ai pour cela étudié l'évolution de la chimie du soufre durant la formation stellaire pour tenter d'apporter de nouvelles réponses au problème de déplétion du soufre. J'ai d'abord effectué une révision du réseau chimique soufré et étudié son effet sur la modélisation du soufre dans les nuages denses. En comparant aux observations, j'ai montré que le modèle textsc{Nautilus} était capable de reproduire les abondances des espèces soufrées dans les nuages denses en utilisant comme abondance élémentaire de soufre son abondance cosmique. Ce résultat m'a permis d'apporter de nouveaux indices sur les reservoirs de soufre dans ces objets. Puis j'ai effectué une étude complète de la chimie du souffre dans les coeurs chauds en me concentrant sur les effets sur la chimie de la composition pre-effondrement. J'ai également étudié les conséquences des différentes simplifications couramment faites pour la modélisation des coeurs chauds. Mes résultats montrent que la composition pre-effondrement est un paramètre majeur de l'évolution chimique des coeurs chauds, fournissant de nouveaux indices pour expliquer la variété de compositions en espèces soufrées observée dans ces objets. De plus, ma recherche a mis en évidence la nécessité d'uniformiser les modèles de chimie utilisés pour les coeurs chauds. Enfin, j'ai développé une méthode efficace pour inverser les paramètres initiaux d'effondrement de nuages denses en me basant sur une base de données de modèles physico-chimiques d'effondrement, ainsi que sur l'observation d'enveloppes de protoétoiles de Classe 0. A partir d'un échantillon de 12 sources, j'ai pu en déduire des probabilités concernant les possibles paramètres initiaux d'effondrement de la formation d'étoiles de faible masse.

Astrochemical studies of star formation are of particular interest because they provide a better understanding of how the chemical composition of the Universe has evolved, from the diffuse interstellar medium to the formation of stellar systems and the life they can shelter. Recent advances in chemical modeling, and particularly a better understanding of grains chemistry, now allow to bring new hints on the chemistry of the star formation process, as well as the structures it involves. In that context, the objective of my thesis was to give a new look at the chemistry of star formation using the recent enhancements of the Nautilus chemical model. To that aim, I focused on the sulphur chemistry throughout star formation, from its evolution in dark clouds to hot cores and corinos, attempting to tackle the sulphur depletion problem. I first carried out a review of the sulphur chemical network before studying its effects on the modeling of sulphur in dark clouds. By comparison with observations, I showed that the textsc{Nautilus} chemical model was the first able to reproduce the abundances of S-bearing species in dark clouds using as elemental abundance of sulphur its cosmic one. This result allowed me to bring new insights on the reservoirs of sulphur in dark clouds. I then conducted an extensive study of sulphur chemistry in hot cores and corinos, focusing on the effects of their pre-collapse compositions on the evolution of their chemistries. I also studied the consequences of the use of the common simplifications made on hot core models. My results show that the pre-collapse composition is a key parameter for the evolution of hot cores which could explain the variety of sulphur composition observed in such objects. Moreover, I highlighted the importance of standardizing the chemical modeling of hot cores in astrochemical studies. For my last study, I developed an efficient method for the derivation of the initial parameters of collapse of dark clouds via the use of a physico-chemical database of collapse models, and comparison with observations of Class 0 protostars. From this method, and based on a sample of 12 sources, I was able to derive probabilities on the possible initial parameters of collapse of low-mass star formation.