Theoretical study of collisionnal excitation of ammonia and its deuterated isotopomers in the interstellar medium
Etude théorique de l'excitation collisionnelle de l'ammoniac et de ses isotopomères deutérés dans le milieu interstellaire
Résumé
Observation and study of molecular clouds of the interstellar medium require knowledge of fundamental physical data that are given access to physical characteristics of this medium, notably temperatures and densities. These regions are not generally at the thermodynamic equilibrium and calculation of rotational levels populations, which are linked to physical characteristics of the interstellar matter, requires to take into account all the radiative and collisional processes that are populating these levels. Many works have been done on Einstein's coefficients and collisional rate coefficients of a number of molecules. For the collisional processes, major perturbers in the interstellar medium are H2, H and He.
New instruments, that will furnish excellent spatial and spectral resolution, will be at work in a near future. They are spatial observatory HERSCHEL and the milimetric interferometer ALMA. Interpretation of the future observations of these instruments will need to know with sufficient accuracy collision rate coefficients of molecules. Even more, rate coefficients of some molecules have to be determined for the first time.
Ammonia NH3, one of the major tools in the study of the molecular interstellar medium, has interested us and we have calculated rate coefficients for this molecule in collision with He and H2. We have benefited of the existence of new accurate intermolecular potential surfaces for NH3-He and NH3-H2. With the help of the molecular collision code MOLSCAT we determined collisional integral cross sections of these systems. These cross sections are used to calculate the collisional rate coefficients.
Deuterated isotopomers of ammonia NH2D, ND2H, and ND3 have been detected in the molecular interstellar medium. These discoveries happened recently for the doubly and triply deuterated isotopomers (2000 and 2003). Until today, there were no values of rate coefficients with helium for these species that were theoretically or experimentally determined. Because of the importance of deuterated molecules in the study of interstellar chemistry and its evolution, we have calculated the very first rate coefficients for deuterated isotopomers of ammonia in collision with helium and published the first results.
New instruments, that will furnish excellent spatial and spectral resolution, will be at work in a near future. They are spatial observatory HERSCHEL and the milimetric interferometer ALMA. Interpretation of the future observations of these instruments will need to know with sufficient accuracy collision rate coefficients of molecules. Even more, rate coefficients of some molecules have to be determined for the first time.
Ammonia NH3, one of the major tools in the study of the molecular interstellar medium, has interested us and we have calculated rate coefficients for this molecule in collision with He and H2. We have benefited of the existence of new accurate intermolecular potential surfaces for NH3-He and NH3-H2. With the help of the molecular collision code MOLSCAT we determined collisional integral cross sections of these systems. These cross sections are used to calculate the collisional rate coefficients.
Deuterated isotopomers of ammonia NH2D, ND2H, and ND3 have been detected in the molecular interstellar medium. These discoveries happened recently for the doubly and triply deuterated isotopomers (2000 and 2003). Until today, there were no values of rate coefficients with helium for these species that were theoretically or experimentally determined. Because of the importance of deuterated molecules in the study of interstellar chemistry and its evolution, we have calculated the very first rate coefficients for deuterated isotopomers of ammonia in collision with helium and published the first results.
L'observation et l'étude des nuages moléculaires du milieu interstellaire nécessitent la connaissance
de données physiques fondamentales qui permettront d'avoir accès aux caractéristiques physiques de ce milieu, notamment les températures et les densités.
Ces régions ne sont généralement pas à l'équilibre thermodynamique et la détermination des populations des niveaux rotationnels, qui sont liées aux caractéristiques physiques du milieu, nécessite la connaissance des taux de tous les processus de peuplement radiatifs et collisionnels. De nombreux travaux ont été réalisés sur les coefficients d'Einstein et les taux de collisions d'un certain nombre de molécules. Pour les processus collisionnels, les perturbateurs principaux du milieu interstellaire sont H2, H et He.
De nouveaux instruments, permettant d'obtenir des résolutions spatiales et spectrales excellentes, verront bientôt le jour. Il s'agit de l'observatoire spatiale HERSCHEL et du futur interféromètre millimètrique ALMA. L'interprétation des futures observations réalisées grâce à ces instruments nécessite de connaître avec suffisamment de précision les taux de collision des molécules, voire de déterminer pour la première fois ces taux.
L'ammoniac NH3 étant un des principaux outils d'étude du milieu interstellaire moléculaire, nous nous sommes intéressés à la détermination des taux de collision avec He et H2 de cette molécule. Nous avons bénéficié de l'existence de surfaces de potentiel intermoléculaire récentes et plus précises qu'auparavant pour les systèmes NH3-He et NH3-H2. A l'aide du code de collision moléculaire MOLSCAT, nous avons pu déterminer les sections efficaces intégrales de collision de ces systèmes. De ces sections efficaces, il est possible d'en déduire les taux de collision des systèmes étudiés.
Les isotopomères deutérés de l'ammoniac NH2D, ND2H et ND3 ont, tous les trois, été détectés dans le milieu moléculaire. Cette découverte a eu lieu récemment pour les deux derniers (2000 et 2003). Jusqu'à aujourdh'ui, aucune valeur de taux de collision avec He de ces espèces deutérées n'avait été calculée. Les espèces deutérées ayant un grand intérêt dans l'étude de la chimie interstellaire et de son évolution, nous avons déterminé les premiers taux de collision de ces espèces avec l'hélium et avons ainsi publié les premiers résultats sur ce sujet.
de données physiques fondamentales qui permettront d'avoir accès aux caractéristiques physiques de ce milieu, notamment les températures et les densités.
Ces régions ne sont généralement pas à l'équilibre thermodynamique et la détermination des populations des niveaux rotationnels, qui sont liées aux caractéristiques physiques du milieu, nécessite la connaissance des taux de tous les processus de peuplement radiatifs et collisionnels. De nombreux travaux ont été réalisés sur les coefficients d'Einstein et les taux de collisions d'un certain nombre de molécules. Pour les processus collisionnels, les perturbateurs principaux du milieu interstellaire sont H2, H et He.
De nouveaux instruments, permettant d'obtenir des résolutions spatiales et spectrales excellentes, verront bientôt le jour. Il s'agit de l'observatoire spatiale HERSCHEL et du futur interféromètre millimètrique ALMA. L'interprétation des futures observations réalisées grâce à ces instruments nécessite de connaître avec suffisamment de précision les taux de collision des molécules, voire de déterminer pour la première fois ces taux.
L'ammoniac NH3 étant un des principaux outils d'étude du milieu interstellaire moléculaire, nous nous sommes intéressés à la détermination des taux de collision avec He et H2 de cette molécule. Nous avons bénéficié de l'existence de surfaces de potentiel intermoléculaire récentes et plus précises qu'auparavant pour les systèmes NH3-He et NH3-H2. A l'aide du code de collision moléculaire MOLSCAT, nous avons pu déterminer les sections efficaces intégrales de collision de ces systèmes. De ces sections efficaces, il est possible d'en déduire les taux de collision des systèmes étudiés.
Les isotopomères deutérés de l'ammoniac NH2D, ND2H et ND3 ont, tous les trois, été détectés dans le milieu moléculaire. Cette découverte a eu lieu récemment pour les deux derniers (2000 et 2003). Jusqu'à aujourdh'ui, aucune valeur de taux de collision avec He de ces espèces deutérées n'avait été calculée. Les espèces deutérées ayant un grand intérêt dans l'étude de la chimie interstellaire et de son évolution, nous avons déterminé les premiers taux de collision de ces espèces avec l'hélium et avons ainsi publié les premiers résultats sur ce sujet.