Excitation collisionnelle des molécules NH et ND par He et H2 : théorie, comparaison avec les expériences et application astrophysique

COLLISIONAL (DE-)EXCITATION of NH & ND by He & H2 : Theory, Comparison with experiments and Astrophysical applications

• Auteur / Autrice : Ragav Ramachandran
• Direction : François Lique
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 21/02/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime)
• Jury : Président / Présidente : Majdi Hochlaf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luca Bizzocchi, Jacek Klos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lola Gonzalez-Sanchez, Jérôme Loreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Collisions (physique)

Surfaces d'énergie potentielle

Mots clés libres

Molécule NH

Molécule ND

Surface d'énergie potentielle

NH molecule

ND molecule

Potential energy surface

Résumé

La molécule NH est cruciale dans la chimie de l'azote interstellaire car elle est un intermédiaire lors de la formation d'ammoniac dans l'MIS. L'abondance de cette espèce est une sonde cruciale de la chimie de l'azote. Avec les progrès des techniques d'observation, des transitions hautement résolues de ces molécules dans l'MIS ont été observées. Cependant, les rapports d'abondance observés des hydrures d'azote ne correspondent pas aux modèles astrochimiques. Les isotopologues sont utilisés pour sonder les voies chimiques. Pour une analyse précise de ces observations spectrales, des méthodes de modélisation non-LTE sont utilisées qui nécessitent des coefficients de taux de collision NH et ND précis. Dans ce travail, nous présentons des coefficients de taux résolus fins et hyperfins pour la (dé-)excitation de NH/ND due aux collisions avec He et celle de NH avec H2 qui devraient permettre une détermination précise de l'abondance de NH à partir des spectres d'observation. Dans cette thèse, nous présentons des PES ab initio hautement corrélés des NH-He et NH-H2 complexes Van der Waals. Les calculs des coefficients de taux état-à-état résolus fins et hyperfins pour les collisions NH-He ont été effectués en utilisant le nouveau PES pour les températures jusqu'à 350 K et les collisions ND-He pour les températures jusqu'à 200 K. De la comparaison, nous observons qu'il y a une différence significative entre les coefficients de taux actuels et précédents, qui est attribuée essentiellement à l'inclusion de l'effet vibrationnel dans les nouveaux calculs et à la comparaison entre les résultats NH-He et ND-He montre l'importance de calculer explicitement les coefficients de taux ND-He. Nous présentons également les premiers calculs pour NH-H2. Étant donné que les coefficients de taux He et H2 diffèrent considérablement, les ensembles de données collisionnelles NH-He et NH-H2 devraient être utilisés pour réviser l'abondance de NH dans l'espace.

NH molecule plays a crucial role in the interstellar nitrogen chemistry as it acts as an intermediate during the formation of the ubiquitous ammonia. Abundance of this species is a crucial probe of the nitrogen chemistry. With the advancements in the observational techniques, highly resolved transitions of these molecules in the ISM have been observed. However, the observed abundance ratios of nitrogen hydrides do not match with astrochemical models. The isotopologues are used to probe chemical pathways. For accurate analysis of these spectral observations, non-LTE modeling methods are employed which requires accurate NH and ND collisional rate coefficients. In this work, we present fine and hyperfine resolved rate coefficients for the (de-)excitation of NH/ND due to collisions with He and that of NH with H2 that should allow accurate determination of the NH abundance from the observational spectra. In this thesis we present highly correlated ab initio PESs of the NH-He and NH-H2 Van der Waals complexes. Calculations of fine and hyperfine resolved state-to-state rate coefficients for NH-He collisions were performed using the new PES for temperatures up to 350 K and ND-He collisions for temperatures upto 200 K. From the comparison, we observe that there is a significant difference between the present and previous rate coefficients, which is attributed essentially to the inclusion of vibrational effect in the new calculations and comparison between NH-He & ND-He results shows the importance of calculating ND-He rate coefficients explicitly. We also present the first calculations for NH-H2. As the He and H2 rate coefficients differ significantly, both the NH-He and NH-H2 sets of collisional data should be used to revise the NH abundance in space.