Laboratory Astrophysics applied to the VUV and X-ray photo-induced desorption from molecular ices - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Laboratory Astrophysics applied to the VUV and X-ray photo-induced desorption from molecular ices

Astrophysique de laboratoire appliquée à la désorption photo-induite UV-X de glaces moléculaires

Romain Basalgète
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Résumé

Recent detections of Complex Organic Molecules (COMs) in the cold regions of the interstellar medium (ISM) is still to be understood. In these regions, non-thermal desorption processes from interstellar ices should be invoked to explain the gas phase abundances. In this context, the PhD focuses on the photo-induced desorption, refered to as photodesorption, of COMs from interstellar ice analogues under experimental conditions. Photodesorption is probed by a direct mass spectrometry technique i.e. by monitoring the ejection of molecules from the ices into the gas phase during irradiation and under ultra-high vacuum conditions. Thanks to experiments conducted at the SOLEIL synchrotron, we have quantified the efficiency of photodesorption for COMs, in the VUV (7 – 13.6 eV) and soft X-ray (0.4 – 1.2 keV) range, and we have discussed the physical mechanisms at play. For instance, synchrotron experiments allowed us to highlight the role of the Auger scattering for X-ray photodesorption. These experiments especially provided a good estimate of the ice depth involved in X-ray photodesorption, the latter being an important parameter both for astrochemical model and observations. Secondly, an important part of the thesis work was to implement a VUV photon source directly at the LERMA lab by using a four-wave mixing technique, well-known since the 80’s. Such implementation was successful and a monochromatic and tunable VUV photon source is now available at the lab, with very promising scientific opportunities. For instance, this new VUV photon source, coupled with a Resonance Enhanced Multi-Photon Ionization (REMPI) and a Time-Of-Flight (TOF) delay techniques, enabled to derive the very first data on the internal and kinetic energy states of photo-desorbed CO molecules. These data were compared to theoretical studies in order to elucidate the photodesorption mechanisms for CO.
Les détections récentes de molécules organiques complexes (COM) dans les régions froides du milieu interstellaire (ISM) soulèvent de nombreuses questions. Dans ces régions, des processus de désorption non thermique des glaces interstellaires doivent être invoqués pour expliquer les abondances en phase gazeuse. Dans ce contexte, la thèse se focalise sur la désorption photo-induite, ou photodésorption, des COMs à partir d'analogues de glace interstellaire formées sous conditions expérimentales. La photodésorption est sondée par une technique de spectrométrie de masse, c'est-à-dire en mesurant l'éjection des molécules à partir des glaces dans la phase gazeuse pendant l'irradiation et dans des conditions d'ultravide. A partir d'expériences réalisées au synchrotron SOLEIL, nous avons pu quantifier l'efficacité de la photodésorption des COMs, dans le domaine VUV (7 – 13,6 eV) et X mous (0,4 – 1,2 keV) et discuter les mécanismes physiques associés. Notamment, dans le domaine des rayons X, les expériences synchrotron ont permis de mettre en évidence le rôle de la thermalisation de l'électron Auger pour la désorption des molécules. Ces expériences ont notamment fourni une bonne estimation de la profondeur de glace impliquée dans la photodésorption X, qui est un paramètre important pour les modèles astrochimiques et les observations. Dans un deuxième temps, une partie importante du travail de thèse a consisté à implémenter une source de photons VUV directement au laboratoire du LERMA en utilisant une technique de mélange à quatre ondes, connue depuis les années 80. Cette mise en œuvre a été un succès et une source de photons VUV monochromatique et accordable est désormais disponible au laboratoire, avec des opportunités scientifiques très prometteuses. En l'occurrence, cette nouvelle source de photons VUV, couplée à une technique d'ionisation multi-photon résonante (REMPI) et à une technique de temps de vol (TOF), a permis d'acquérir les toutes premières données sur les états d'énergie interne et cinétique de molécules de CO photodésorbées. Ces données ont été comparées à des études théoriques afin d'élucider les mécanismes de photodésorption de CO.
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Dates et versions

tel-03898082 , version 1 (14-12-2022)
tel-03898082 , version 2 (01-02-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03898082 , version 1

Citer

Romain Basalgète. Laboratory Astrophysics applied to the VUV and X-ray photo-induced desorption from molecular ices. Instrumentation and Methods for Astrophysic [astro-ph.IM]. Sorbonne University, 2022. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03898082v1⟩
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