Structures of turbulent dissipation in molecular clouds
Structures de dissipation de la turbulence des nuages moléculaires
Résumé
Star formation is still a subject of central importance in astrophysique. One of the main question is to understand the reasons why the conversation from molecular gaz to star is long. Molecular clouds are a key step in this conversion because structures like its the place of the formation of structures like filaments and dense cores where low mass stars will be formed. However, the formation of these structures is still badly known, and need to be studied in the light of the turbulent gas. Caracterize the turbulent cascade properties (injection, forcing, dissipation) is thus fundamental for every star formation theory. It's the objectif of this thesis, contributing with new observations of two molecular clouds and on the development of new tools for the statistical analysis of turbulence in molecular clouds.One of the original features of the Unveil.jl analysis code is its ability to estimate uncertainties in statistical markers. On the one hand, Unveil.jl provides two independent methods: the Spectral Window Optimisation (SWO), inspired by the work of Pety+2003, and a data compression using Principal Component Analysis (PCA). These two methods were tested on numerical simulations in order to calibrate the parameters of use, providing strong recommendations on the SNR required for observations. The code's ability to measure the statistical properties of turbulence was tested on magnetohydrodynamic numerical simulations covering sub- to supersonic and sub- to superAlfvénic regimes. Applied to Polaris Flare data, Unveil.jl indicates that the statistics are too limited to distinguish between compressible and incompressible intermittent models. Finally, applied to the new observations of the Pipe Nebula made in this thesis, the statistical properties indicate shock-dominated turbulence, and support a global scenario of a recent injection of kinetic energy.The region of the Pipe Nebula observed in wCO(1-0) with the IRAM-30m, with no star-forming activity and which could be a convergent flow raises questions about the formation of dense cores in the early stages of the evolution of a molecular cloud. The analysis in velocity space of the wCO(1-0) emission in the Pipe Nebula using the Rolling Hough Transform algorithm, makes it possible to identify numerous anisotropic structures and to draw up their morphological characteristics. In particular, these structures are associated with extremely high velocity gradients. Furthermore, these low-intensity structures are neither aligned nor perpendicular to the magnetic field, suggesting that they correspond to an intermediate regime between aligned tenuous filaments and massive, perpendicular filaments such as those observed by the Planck satellite. Furthermore, our observations of candidate dense cores in this region in the hCO(1-0) and ceio(1-0) lines call into question previous mass measurements and, by extension, the mass distribution of dense cores in this region of converging flows.The work carried out in this thesis opens up new avenues for studying the first stages in the evolution of molecular clouds, which give rise to the structures associated with star formation. Thanks to a new tools, the characterisation of the turbulent cascade is becoming more precise. At the same time, the study of turbulent structures is leading us to re-examine the determination of the mass function of dense cores and even to question the nature of these objects in the turbulent cascade.
La formation des étoiles est encore un sujet d'importance centrale en astrophysique. L'une des questions soulevées est de savoir ce qui rend le temps de conversion du gaz moléculaire en étoile si long. Les nuages moléculaires sont une étape clé de cette conversion puisque c'est en leur sein que se forment les structures (filaments, cœurs denses) où se forment les étoiles de faible masse. La formation de ces structures est mal comprise. Elle doit être étudiée dans le contexte des mouvements turbulents du gaz. Caractériser les propriétés de la cascade turbulente (injection, forçage, dissipation) est donc fondamental à toute théorie de la formation stellaire. C'est l'objet de cette thèse dont les contributions reposent sur de nouvelles observations de deux nuages moléculaires et sur le développement de nouveaux outils d'analyse statistique de la turbulence des nuages moléculaires.L'une des originalités du code d'analyse Unveil.jl est de permettre l'estimation des incertitudes sur les marqueurs statistiques. D'une part, Unveil.jl fournit deux méthodes indépendantes : la Spectral Window Optimisation (SWO), inspirée des travaux de Pety+2003, et la compression des données grâce à l'Analyse en Composantes Principales (PCA). Ces deux méthodes ont été testées sur des simulations numériques dans le but de calibrer les paramètres d'utilisation, fournissant des préconisations fortes sur le SNR nécessaire dans les observations. La capacité du code à mesurer les propriétés statistiques de la turbulence a été testée sur des simulations numériques magnétohydrodynamiques couvrant des régimes sub- à supersoniques et sub- à superAlfvéniques. Appliquées aux données du Polaris Flare, Unveil.jl indique que la statistique est trop limitée pour permettre de distinguer les modèles intermittents compressible et incompressible. Enfin, appliquées aux nouvelles observations de la Pipe Nebula effectuées dans cette thèse, les propriétés statistiques indiquent une turbulence dominée par les chocs, et soutiennent un scénario global d'une injection récente d'énergie cinétique.La région de la Pipe Nebula observée en 12CO(1-0) avec l'IRAM-30m, sans activité de formation stellaire et qui pourrait être un écoulement convergent, permet d'interroger la formation des cœurs denses dans les jeunes étapes de l'évolution d'un nuage moléculaire. En effet, l'analyse, dans l'espace des vitesses de l'émission de 12CO(1-0) dans la Pipe Nebula grâce à l'algorithme Rolling Hough Transform, permet d'identifer de nombreuses structures anisotropes et d'en dresser les caractéristiques morphologiques. En particulier, ces structures sont associées à des gradients de vitesse extrêmement élevés. De plus, ces structures de faible intensité ne sont ni alignées ni perpendiculaires au champ magnétique, suggérant qu'elles correspondent à un régime intermédiaire entre les filaments ténus alignés et ceux massifs, perpendiculaires comme ceux observés par le satellite Planck. En outre, nos observations des candidats cœurs denses dans cette région dans les raies de 13CO(1-0) et C18O(1-0) remet en question les mesures de masses antérieures et, par extension, la distribution de masse des cœurs denses dans cette région de flots convergents.Les travaux menés dans cette thèse ouvrent de nouvelles pistes d'étude des premières étapes d'évolution des nuages moléculaires, qui voient la naissance des structures associées à la formation stellaire. Grâce à de nouveaux outils, la caractérisation de la cascade turbulente devient plus précise. En parallèle, l'étude des structures de la turbulence invite à réexaminer la détermination de la fonction de masse des cœurs denses et même à questionner la nature de ces objets dans la cascade turbulente.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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