Astrophysique et astrochimie

Michaël De Becker Masters en Sciences Chimiques et Sciences Géologiques 2013-2014 Généralités Astrophysique et astrochimie

Plan du cours • Généralités • Chap.1: Environnements astronomiques • Chap.2: Processus chimiques • Chap.3: Molécules dans l'Univers

Généralités • L'astrophysique en quelques mots... Science qui se consacre à l'étude des objets astronomiques peuplant l'Univers, incluant leur formation et leur évolution, par l'application de concepts physiques. Astronomie et astrophysique? L'astrophysique a démarré lorsque les astronomes ont commencé à appliquer les lois de la physique pour comprendre les astres qu'ils observaient. Pourquoi envisager l'astrochimie? ...

Généralités • Inventaire des molécules découvertes dans des environnements astronomiques divers (plus de 170!): - espèces neutres - espèces cationiques - espèces anioniques (très peu, découvertes ces dernières années)

Généralités • Inventaire des molécules découvertes dans des environnements astronomiques divers (plus de 170!): - espèces neutres - espèces cationiques - espèces anioniques (très peu, découvertes ces dernières années) • Molécule la plus abondante: hydrogène moléculaire (H2) … ensuite: CO

Généralités • Inventaire des molécules découvertes dans des environnements astronomiques divers (plus de 170!): - espèces neutres - espèces cationiques - espèces anioniques (très peu, découvertes ces dernières années) • Molécule la plus abondante: hydrogène moléculaire (H2) … ensuite: CO • Diversité et complexité chimique  processus élaborés

Généralités • Inventaire des molécules découvertes dans des environnements astronomiques divers (plus de 170!): - espèces neutres - espèces cationiques - espèces anioniques (très peu, découvertes ces dernières années) • Molécule la plus abondante: hydrogène moléculaire (H2) … ensuite: CO • Diversité et complexité chimique  processus élaborés • Quels sont les défis de l’astrochimie? (conditions physico-chimiques particulières, inaccessibilité du “laboratoire”, exploration de questions scientifiques à l’intersection de plusieurs disciplines…)

Généralités • Confusion à éviter!  Chimie Spectroscopie moléculaire Transformation, processus, dynamique Diagnostic moléculaire, qualitatif ou quantitatif, basé sur l’interaction entre la matière et le rayonnement

Généralités • Dans quel contexte scientifique se situe l’astrochimie? Astrophysique Astrochimie Chimie

Généralités • Dans quel contexte scientifique se situe l’astrochimie? Astrophysique Astrochimie Chimie Spectroscopie moléculaire

Généralités • Dans quel contexte scientifique se situe l’astrochimie? Astrophysique • progrès dans l’exploration de la complexité de la matière • extension des domaines d’application de la chimie • apport significatif pour l’astrophysique Astrochimie Chimie Spectroscopie moléculaire

Généralités • Galaxie… (Voie Lactée)

Généralités • Galaxie… (Voie Lactée), milieu interstellaire…

Généralités • Galaxie, milieu interstellaire, région de formation stellaire… (~50 Ma.l.)

Généralités • Galaxie: M51 (~ 31 Ma.l.)

Généralités • Milieu interstellaire… - Région HII (T ~ 10000 K): gaz ionisé entourant des étoiles très chaudes (O et B), détecté surtout dans le domaine visible (raies en émission) - Région HI (T ~ 100 K): gaz neutre détecté essentiellement par la raie d’H à 21 cm - Nuage moléculaire (T ~ 10-20 K): région dense peuplée de molécules, essentiellement H2 , détectée via l’émission de la molécule CO (utilisée comme traceur pour la molécule H2)

Généralités • Milieu interstellaire… - Région HII (T ~ 10000 K): gaz ionisé entourant des étoiles très chaudes (O et B), détecté surtout dans le domaine visible (raies en émission) - Région HI (T ~ 100 K): gaz neutre détecté essentiellement par la raie d’H à 21 cm - Nuage moléculaire (T ~ 10-20 K): région dense peuplée de molécules, essentiellement H2 , détectée via l’émission de la molécule CO (utilisée comme traceur pour la molécule H2) • Constituants du milieu interstellaire: - atomes, ions, électrons… - molécules de “faible masse” (H2,CO, etc…cfr inventaire moléculaire) - PAH (hydrocarbures aromatiques polycycliques) - poussières…

Généralités • Nuage moléculaire (Nébuleuse de la Tête de Cheval, ~ 1600 a.l.)

Généralités • Nuage moléculaire (Rho Oph A, découverte de l’O2)

Généralités • Nuage moléculaire (Nuage moléculaire d’Orion, ~ 1500 a.l.)

Généralités • Régions de formation stellaire (dans la Nébuleuse d’Orion, ~ 1500 a.l.)

Généralités • Région de formation stellaire (dans la Nébuleuse de l’Aigle, M16, 6500 a.l.)

Généralités Quelques résultats récents obtenus au moyen du satellite Herschel

Généralités Relations entre environnements présentant un intêrêt astrophysique/astrochimique dans le cadre de ce cours.

Généralités Objectif principaux du cours • Introduction à quelques notions d'astrophysique, principalement au niveau Galactique • Aperçu des processus et circonstances de formation des éléments chimiques intervenant dans les molécules et les minéraux (intérêt en chimie et géologie) • Introduction aux concepts de base de l'astrochimie: processus chimiques dans des environnements astronomiques • Aborder des questions scientifiques relatives à l'astrophysique et à l'astrochimie, en insistant sur l'importance des approches pluridisciplinaires pour étudier ces questions • Etendre la culture scientifique d'étudiants dans des disciplines sans lien direct avec les sciences spatiales

Astrophysique et astrochimie