Etude de la matière interstellaire : Caractérisation de l'émission des grains - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Interstellar matter :Dust emission characterization, Physical and chemical studies in the cold and dense clouds

Etude de la matière interstellaire : Caractérisation de l'émission des grains

Résumé

My work is focused on the understanding of the interstellar dust emission properties in the submillimeter wavelength range and on the coupling between dust and gas in dense and cold interstellar regions. Some remarkable astrophysical observations (PRONAOS, FIRAS) revealed that interstellar dust has unusual emission properties at long wavelength. These properties cannot be understood with the standard model of dust grains. To explain these unusual emission properties we proposed a model based on the intrinsic properties of amorphous grains. Our model is able to explain simultaneously the anticorrelation between temperature and spectral index observed by PRONAOS (Dupac et al. 2003) and the millimetre excess observed by FIRAS. This model will define the basis of a new model of dust grains. To have a better understanding of emission and absorption properties of interstellar dust, I also performed laboratory experiments on absorption properties of different kinds of amorphous silicates, at low temperature and long wavelength. For the first time, we distinguished two different spectral behaviour (500Μm-1mm) and (200Μm-100Μm) of the absorption coefficient. For wavelengths between 500Μm and 1mm, we found a significant anticorrelation between the spectral index and the temperature similar to the one observed by PRONAOS. This behaviour could be related to the presence of defects modifying the structure (OH groups or Mg2+ ions). In the cold and dense regions, dust emission properties are modified, for instance by grain agglomeration processes which are favorised by the presence of ice onto dust grains. In this research context, we have studied the relationship between the modification of dust emission properties and gas properties. The study of molecular species N2H+ and CO in the direction of a Taurus filament, with the IRAM telescope, proved that agglomeration processes were not initiated by the existence of CO ice on grains but more certainly by the presence of H20 ice. We confirmed SWAS results on the lack of water in gas phase in the cold and dense regions studying a dark cloud Cha-MMS1 by its submillimeter water emission in this fundamental transition with ODIN satellite.
Mon travail de thèse est centré sur la compréhension des propriétés d'émission des gros grains de poussières dans le domaine submillimétrique et du couplage de ces grains avec le gaz interstellaire dans les régions froides et denses. Des observations astrophysiques marquantes (PRONAOS, FIRAS) révèlent que les grains possèdent à grande longueur d'onde des propriétés d'émission inattendues qui ne peuvent pas être comprises par la seule considération des modèles usuels. Pour expliquer ces propriétés, nous avons proposé un modèle original d'émission des grains, basé sur les propriétés physiques intrinsèques des solides amorphes. Ce modèle permet de rendre compte de l'anticorrélation existant entre la température d'équilibre des gros grains T et leur indice spectral d'émissivité Β, déduite des mesures PRONAOS (Dupac et al. 2003) mais également de l'excès submillimétrique observé par FIRAS. Il permet ainsi d'interpréter deux faits observationnels distincts qui n'avaient jamais été expliqués de manière simultanée et définit ainsi le canevas d'un futur modèle de grains. Pour avoir une meilleure compréhension des propriétés d'émission/absorption des grains, j'ai complété ce travail théorique par des expériences en laboratoire sur les propriétés d'absorption de différents types de silicates amorphes, à basse température et grande longueur d'onde. Pour la première fois, nous avons analysé nos spectres d'absorption en distinguant deux domaines fréquentiels (500Μm-1mm et 100Μm-200Μm) dans lesquels l'absorption présente une dépendance fréquentielle différente. Pour des longueurs d'onde comprises entre 500Μm et 1mm, l'indice spectral Β présente une anti-corrélation marquée avec la température, d'allure similaire à celle mesurée par le ballon PRONAOS. Cette variation de l'absorption pourrait être expliquée par la présence de défauts (groupements OH ou ions modifiant le réseau). Dans les environnements froids et denses, les propriétés d'émission des grains sont modifiées notamment par les processus d'agglomération des grains entre eux, processus favorisés par la présence de manteaux de glace. Dans ce cadre il apparaissait intéressant de relier les modifications des propriétés d'émission des grains à celles du gaz. Le traitement et l'analyse de données moléculaires CO et N2H+ en direction d'un filament de la constellation du Taureau nous a permis de démontrer que le processus d'agglomération des grains entre eux n'était pas initié par la présence de manteaux de glace de CO mais plus probablement par celle de manteaux de glace de H2O. Enfin, nous avons confirmé les résultats de SWAS sur la sous-abondance de l'eau en phase gazeuse dans les environnements froids et denses en étudiant, en direction d'un nuage sombre (Cha-MMS1), la raie d'émission submillimétrique de l'eau dans sa transition fondamentale avec le satellite ODIN.
Fichier principal
Vignette du fichier
tel-000095891.pdf (3.81 Mo) Télécharger le fichier
tel-00009589.pdf (1.91 Mo) Télécharger le fichier
Format : Autre

Dates et versions

tel-00009589 , version 1 (24-06-2005)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00009589 , version 1

Citer

Nathalie Boudet. Etude de la matière interstellaire : Caractérisation de l'émission des grains. Astrophysique [astro-ph]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00009589⟩
154 Consultations
874 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More