Molecular collisions in the cold universe
Revisited potential energy surfaces and rates for CO, HC3N and H2O in collisions with H2 and He
Collisions moléculaires inélastiques dans l'univers froid
Nouvelles surfaces de potentiel et taux de collision pour CO, HC3N et H2O avec H2 et He
Résumé
WITH THE ADVANCES OF INSTRUMENTS DEDICATED TO MOLECULAR ASTRONOMY MADE DURING THE PAST DECADES AND FORTHCOMING (HERSCHEL AND ALMA), MORE AND MORE MOLECULES ARE DISCOVERED, AND OBSERVED SPECTRA BECOME MORE AND MORE PRECISE. FOR A GOOD UNDERSTANDING OF THESE DATA, ONE NEEDS STATE-TO-STATE COLLISIONAL RATES FOR THE OBSERVED MOLECULES.
THE PRECISION OF RATES IS ONE OF THE KEY POINTS OF THIS THESIS: AT THE SAME TIME, WE SEEK THE MAXIMUM PRECISION AND CHARACTERIZE THE NEED AND COST OF PRECISION IN THE CALCULATIONS WE MAKE. CO-H2 IS A SYSTEM OF GREAT ASTROPHYSICAL INTEREST, PREVIOUSLY WIDELY STUDIED. WE SHOW ON THIS SYSTEM THE EQUAL IMPORTANCE OF THE MAIN STEPS OF THE CALCULATION IN THE FINAL PRECISION OF THE RATES. ON HC3N-H2, WE ACHIEVE FOR THE FIRST TIME A FIT OF THE POTENTIAL ENERGY SURFACE (PES) ON A SPHERICAL BASIS ALLOWING US TO CARRY OUT, ALSO FOR THE FIRST TIME, QUANTUM SCATTERING CALCULATIONS. STRONG QUANTUM SELECTION RULES ARE OBTAINED (ABSENT AT THE CLASSICAL LEVEL). THEY SHOULD PLAY A ROLE IN THE ASTROPHYSICAL MODELING OF THIS MOLECULE. THESE RESULTS ARE IN PRINCIPLE TRANSPOSABLE TO ANY LARGE LINEAR MOLECULE. FINALLY, WE BUILD FOR H2O-H2 A NINE-DIMENSIONAL PES, INCLUDING ALL VIBRATIONS. THE ORIGINAL AND AND PRECISE FIT OF THIS SURFACE ALLOWS US TO RULE ON THE OPTIMAL CHOICE OF GEOMETRIES FOR RIGID MOLECULES, AS WELL AS TO COMPUTE ROVIBRATIONAL RATES. THE LATTER, BEING ONE ORDER OF MAGNITUDE LARGER THAN THE PREVIOUS DATA, WILL CHANGE THE INTERPRETATION OF OBSERVATIONS, NOTABLY THOSE OF THE FORTHCOMING HERSCHEL SPACE TELESCOPE.
THE PRECISION OF RATES IS ONE OF THE KEY POINTS OF THIS THESIS: AT THE SAME TIME, WE SEEK THE MAXIMUM PRECISION AND CHARACTERIZE THE NEED AND COST OF PRECISION IN THE CALCULATIONS WE MAKE. CO-H2 IS A SYSTEM OF GREAT ASTROPHYSICAL INTEREST, PREVIOUSLY WIDELY STUDIED. WE SHOW ON THIS SYSTEM THE EQUAL IMPORTANCE OF THE MAIN STEPS OF THE CALCULATION IN THE FINAL PRECISION OF THE RATES. ON HC3N-H2, WE ACHIEVE FOR THE FIRST TIME A FIT OF THE POTENTIAL ENERGY SURFACE (PES) ON A SPHERICAL BASIS ALLOWING US TO CARRY OUT, ALSO FOR THE FIRST TIME, QUANTUM SCATTERING CALCULATIONS. STRONG QUANTUM SELECTION RULES ARE OBTAINED (ABSENT AT THE CLASSICAL LEVEL). THEY SHOULD PLAY A ROLE IN THE ASTROPHYSICAL MODELING OF THIS MOLECULE. THESE RESULTS ARE IN PRINCIPLE TRANSPOSABLE TO ANY LARGE LINEAR MOLECULE. FINALLY, WE BUILD FOR H2O-H2 A NINE-DIMENSIONAL PES, INCLUDING ALL VIBRATIONS. THE ORIGINAL AND AND PRECISE FIT OF THIS SURFACE ALLOWS US TO RULE ON THE OPTIMAL CHOICE OF GEOMETRIES FOR RIGID MOLECULES, AS WELL AS TO COMPUTE ROVIBRATIONAL RATES. THE LATTER, BEING ONE ORDER OF MAGNITUDE LARGER THAN THE PREVIOUS DATA, WILL CHANGE THE INTERPRETATION OF OBSERVATIONS, NOTABLY THOSE OF THE FORTHCOMING HERSCHEL SPACE TELESCOPE.
AVEC LES PROGRES DES INSTRUMENTS DEDIES A L'ASTRONOMIE MOLECULAIRE REALISES DURANT LES DERNIERES DECENNIES ET A VENIR (HERSCHEL ET ALMA), TOUJOURS PLUS DE MOLECULES SONT OBSERVEES, ET LES SPECTRES OBTENUS SONT DE PLUS EN PLUS PRECIS. POUR INTERPRETER CES DONNEES, IL FAUT NOTAMMENT DES TAUX DE COLLISION D'ETAT A ETAT POUR LES MOLECULES OBSERVEES.
LA PRECISION DES TAUX EST UN DES POINTS CENTRAUX DE CETTE THESE. CECI, AUSSI BIEN DANS LA RECHERCHE D'UN MAXIMUM DE PRECISION QUE DANS LA CARACTERISATION DU BESOIN ET DU COUT DE LA PRECISION DANS LES CALCULS QUE NOUS MENONS. SUR CO-H2, SYSTEME DE GRAND INTERET ASTROPHYSIQUE ET DEJA AMPLEMENT ETUDIE, NOUS ILLUSTRONS L'IMPORTANCE EGALE DES PRINCIPALES ETAPES DU CALCUL DANS LA PRECISION FINALE DES TAUX. SUR HC3N-H2, NOUS PARVENONS POUR LA PREMIERE FOIS A FAIRE UN AJUSTEMENT DE LA SURFACE D'ENERGIE POTENTIELLE (SEP) SUR UNE BASE SPHERIQUE, NOUS PERMETTANT UN TRAITEMENT QUANTIQUE DES COLLISIONS, LUI AUSSI INEDIT. DE FORTES REGLES DE SELECTION QUANTIQUES (ABSENTES AU NIVEAU CLASSIQUE) SONT OBSERVEES, QUI DEVRAIENT JOUER UN ROLE DANS LA MODELISATION ASTROPHYSIQUE DE CETTE MOLECULE. CES RESULTATS SONT EN PRINCIPE TRANSPOSABLES A TOUTES LES GROSSES MOLECULES LINEAIRES. FINALEMENT, NOUS DEVELOPPONS POUR H2O-H2 UNE SEP A NEUF DIMENSIONS INCLUANT TOUTES LES VIBRATIONS. L'AJUSTEMENT ORIGINAL ET PRECIS DE CETTE SURFACE NOUS PERMET DE STATUER SUR LE CHOIX OPTIMAL DE GEOMETRIES INTERNES POUR UNE MOLECULE RIGIDE, AINSI QUE DE CALCULER DES TAUX DE RO-VIBRATION. PLUS GRANDS D'UN ORDRE DE GRANDEUR QUE LES PRECEDENTES DONNEES, ILS MODIFIERONT L'INTERPRETATION DES OBSERVATIONS, NOTAMMENT CELLES A VENIR MENEES PAR LE SATELLITE HERSCHEL.
LA PRECISION DES TAUX EST UN DES POINTS CENTRAUX DE CETTE THESE. CECI, AUSSI BIEN DANS LA RECHERCHE D'UN MAXIMUM DE PRECISION QUE DANS LA CARACTERISATION DU BESOIN ET DU COUT DE LA PRECISION DANS LES CALCULS QUE NOUS MENONS. SUR CO-H2, SYSTEME DE GRAND INTERET ASTROPHYSIQUE ET DEJA AMPLEMENT ETUDIE, NOUS ILLUSTRONS L'IMPORTANCE EGALE DES PRINCIPALES ETAPES DU CALCUL DANS LA PRECISION FINALE DES TAUX. SUR HC3N-H2, NOUS PARVENONS POUR LA PREMIERE FOIS A FAIRE UN AJUSTEMENT DE LA SURFACE D'ENERGIE POTENTIELLE (SEP) SUR UNE BASE SPHERIQUE, NOUS PERMETTANT UN TRAITEMENT QUANTIQUE DES COLLISIONS, LUI AUSSI INEDIT. DE FORTES REGLES DE SELECTION QUANTIQUES (ABSENTES AU NIVEAU CLASSIQUE) SONT OBSERVEES, QUI DEVRAIENT JOUER UN ROLE DANS LA MODELISATION ASTROPHYSIQUE DE CETTE MOLECULE. CES RESULTATS SONT EN PRINCIPE TRANSPOSABLES A TOUTES LES GROSSES MOLECULES LINEAIRES. FINALEMENT, NOUS DEVELOPPONS POUR H2O-H2 UNE SEP A NEUF DIMENSIONS INCLUANT TOUTES LES VIBRATIONS. L'AJUSTEMENT ORIGINAL ET PRECIS DE CETTE SURFACE NOUS PERMET DE STATUER SUR LE CHOIX OPTIMAL DE GEOMETRIES INTERNES POUR UNE MOLECULE RIGIDE, AINSI QUE DE CALCULER DES TAUX DE RO-VIBRATION. PLUS GRANDS D'UN ORDRE DE GRANDEUR QUE LES PRECEDENTES DONNEES, ILS MODIFIERONT L'INTERPRETATION DES OBSERVATIONS, NOTAMMENT CELLES A VENIR MENEES PAR LE SATELLITE HERSCHEL.
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