L'oxygene dans le milieu interstellaire: l'apport des donnees spectroscopiques ISO/LWS
Résumé
Oxygen is the most abundant element after Hydrogen and Helium in the Universe. It is therefore of prime importance to know in which form Oxygen is found in the different phases of the interstellar medium (ISM). The constraints imposed by SWAS and ISO observations represent a challenge for theorists as they are in contradiction with the current models. In which form is the Oxygen in molecular clouds and what are the main Oxygen bearing species ? The gas in cold molecular clouds is mainly cooled by atomic Oxygen through its lines in the infrared. First, the tools used during my research are presented, notably the LWS instrument on board the Infrared Space Observatory (ISO). This instrument allowed the observation of the lines of the Oxygen in atomic form. Observations towards star forming regions (HII regions) far from the sun are then presented. The far ultraviolet radiation field emitted by the massive stars illuminates and photo-dissociates the surrounding gas, creating a photo-dissociation region (PDR). The infrared atomic lines of Oxygen ([OI] 63 microns and [OI] 145 microns) and of ionised Carbon ([CII], 158 microns) dominate the gas cooling in these regions. Absorption of the strong continuum emitted by bright sources in some of the observed lines of sight can trace the molecular and diffuse clouds which lie in the galactic spiral arms. The fit of the observed spectra towards two particular HII regions, W49N and Sagittarius B2, allow to characterise both the emitting PDR and the molecular clouds along the lines of sight. This work shows that most of the Oxygen in the gas phase is in atomic form in the molecular clouds. This result is in contradiction with the theoretical works, but these observations agree with the SWAS ones showing that the abundance of the O2 molecule is much less than predicted by the models. These results will help to better constrain the theoretical works to come.
L'oxygene est l'un des elements les plus abondants dans le milieu interstellaire. Il est par consequent primordial de chercher a comprendre sa chimie et sous quelle forme il se trouve dans les differentes phases de ce milieu. Les contraintes imposees par les observations SWAS et ISO representent un defi pour les theoriciens car elles mettent en defaut les modeles etablis jusqu'a ce jour. Sous quelles formes se trouvent l'oxygene dans les nuages moleculaires et quelles sont les principales especes porteuses d'oxygene responsables du refroidissement? L'oxygene atomique est l'un des principaux agents de refroidissement du milieu interstellaire a travers ses transitions fondamentales dans l'infrarouge. Je presenterai dans un premier temps les outils utilises au cours de mon travail de recherche et particulierement l'instrument ISO/LWS utilise pour les observations de l'oxygene atomique. J'introduirai alors les observations obtenues en direction de complexes de formations d'etoiles (regions HII) lointaines dans notre Galaxie. Le rayonnement ultraviolet lointain des etoiles massives illumine et photo-dissocie la matiere environnante en creant une region de photo-dissociation (PDR). Les raies infrarouges emises par le gaz dans ces regions ([OI] 63 microns, [OI] 145 microns et [CII] 158 microns) dominent le refroidissement dans le milieu interstellaire. L'absorption du rayonnement continu intense emit par ces regions sur la ligne de visee va permettre de tracer les nuages moleculaires presents dans les bras spiraux de la Galaxie. Je presenterai le travail de modelisation des spectres infrarouges en direction de deux PDRs spectaculaires W49N et Sagittarius B2 afin de caracteriser a la fois la PDR emettrice et les nuages moleculaires presents sur la ligne de visee. Une des conclusions de ce travail, en desaccord avec les modeles theoriques, implique que la majeure partie de l'oxygene en phase gazeuse dans les nuages moleculaires se trouve sous forme atomique. Ces observations sont en accord avec celles du satellite SWAS qui montrent que l'abondance du dioxygene (O2) est beaucoup plus faible que celle predite par les modeles. Ces resultats devraient permettre de mieux contraindre les futurs modeles theoriques. Ce travail a permis de mettre en evidence le caractere spectaculaire du complexe de formation d'etoiles W49N qui apparait comme l'une des regions HII les plus lumineuses de la Galaxie. Cette region est tres jeune et les proto-etoiles massives recemment formees et enfouies dans leur cocon n'ont pas eu le temps de disperser les nuages moleculaires environnants.