Mise à jour 29 Juin 2023.
CONFÉRENCE MENSUELLE
DE LA SAF
D’Audrey COUTENS
Astrophysicienne à l’IRAP
LA CHIMIE DE LA RÉGION DES FORMATIONS D’ETOILES
Organisée par la
SAF
En présence du
public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF
Le Mercredi 14 Juin
2023 à 19H00 au CNAM
Photos : JPM/DB pour l'ambiance. (Les photos avec plus de
résolution peuvent
m'être demandées
directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir
les crédits des autres photos si nécessaire
La présentation est disponible sur
ma liaison ftp ,
Rentrer le mot de passe, puis aller à CONFÉRENCES SAF ensuite
SAISON 2022/2023
Elle s’appelle :
Chimie-etoiles_SAF_Coutens.pdf
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent aussi me
contacter avant..
La vidéo de la réunion est accessible :
https://youtu.be/a5Ml-Z_XCds?list=PL78ug7UrzPF1w8Tv32bQsZtE1Q5Tz7nBP
Tous les autres enregistrements des conférences mensuelles sont
accessibles sur
la playlist des conférences mensuelles d’Astronomie de notre
chaine
YouTube SAF.
Nous étions 108 dans l’amphi, et 82 sur YouTube.
Audrey
Coutens est une jeune chercheuse basée à l’IRAP (Institut de Recherche en
Astrophysique et Planétologie) de Toulouse. Elle est astronome adjointe à cet
institut.
Elle a obtenu en 2022, le prix de la jeune chercheuse de la
Société Française de Physique et d’Astrophysique (SF2A).
Études effectuées à l’Université de Toulouse avec Master en
astrophysique. Thèse concernant
l’eau dans les régions de formation d’étoiles.
Post doc effectué à Copenhague, puis à
Londres et retour en France au LAB (Bordeaux) avant d’intégrer l’IRAP.
Ses occupations actuelles : la formation des étoiles solaires et
l’étude du milieu dans lequel ce genre d’étoiles s’est formé, ainsi que son
évolution pour aboutir à la formation de planètes.
C’est le sujet dont elle nous parle ce soir.
COMMENT SE
FORMENT LES ETOILES DE TYPE SOLAIRE.
Tout commence dans des nuages moléculaires, amas de poussières et
de gaz.
Il y a effondrement (par gravité) du cœur dense, ce qui mène à la
formation au centre d’une proto étoile avec disque.
Disque qui aboutira à la formation d’un disque proto planétaire
et enfin aux planètes.
Formation des étoiles
de type solaire avec la classification des différents stades.
Chimie particulièrement riche au niveau des planètes (acides
aminés, sucre,…).
Cela nous amène à nous poser certaines questions :
·
Origine et évolution de la complexité moléculaire
de notre Système Solaire ?
·
Peut-on trouver une chimie similaire dans tous
les systèmes extrasolaires ?
·
Quelles sont les conditions propices à la
complexité moléculaire ?
Les éléments chimiques ne se forment pas tous à la même époque,
par exemple :
·
H et D se forment pendant la nucléosynthèse
primordiale alors que
·
Les éléments tels que C, N, P, O etc. se forment
au cœur des étoiles par fusion nucléaire.
·
Les éléments au-delà du Fer se forment dans les
super novae.
La molécule H2 a besoin des grains pour pouvoir se former.
Comment identifier les molécules chimiques ?
Il se trouve que l’identification est plus facile en phase
gazeuse qu’en phase solide, la phase gazeuse correspondant aux régions internes
chaudes, c’est-à-dire las classes 0 et 1, alors qu’au-delà la température est
froide et les molécules sous forme solide.
LA
SPECTROSCOPIE.
Cette identification se fait par
spectroscopie dans le
domaine millimétrique ou submillimétrique.
Télescopes permettant une détection des molécules dans les proto
étoiles de classe 0 et 1.
·
IRAM en Espagne
·
APEX au Chili
·
JCMT à Hawaï
·
CSO à Hawaï et
·
Herschel dans l’espace.
Mais la résolution est limitée, pour améliorer on passe à
l’interférométrie, c’est-à-dire à des réseaux d’antennes comme :
·
ALMA au Chili
·
NOEMA dans les Alpes
·
ATCA en Australie
·
SMA à Hawaï
Avec tous ses télescopes on a pu détecter de nombreuses molécules
dans l’espace interstellaire, et cela à partir de 1937, où la première molécule
détectée a été CH. Depuis, on détecte approx. 6 nouvelles molécules par an !
À l’heure actuelle on a détecté plus de 270 molécules, dont on
peut trouver la
liste ICI.
Mais ce qui est intéressant, ce sont les molécules organiques
complexes (plus de 6 atomes, et contenant C et H), les COM en anglais.
Ce genre de molécules sont particulièrement abondantes dans les
zones internes chaudes des proto étoiles (hot cores).
Pourquoi ?
Dans les zones froides, les molécules sont collées sur les
grains, et au fur et à mesure, la matière tombe vers le centre, la température
augmente légèrement ; autour de 20K désorption du CO et formation de molécules
organiques complexes.
Puis la température augment, on approche des 100K, les molécules
collées sur les glaces vont se retrouver en phase gazeuse.
Cela s’appelle des hot corinos.
LES GRANDS
RELEVÉS SPECTRAUX.
Notre conférencière s’est particulièrement intéressée à la
proto-étoile de type solaire
IRAS16293-2422, qui est de classe 0 et qui est une source de référence pour
étudier la chimie des étoiles.
C’est en fait la première source solaire dans laquelle on a
découvert des COM.
De nombreux relevés spectraux ont été effectués sur cette proto
étoile.
10.000 raies mesurées !
De nombreuses détections de COM comme :
·
Acétone
·
Propanal
·
Propylène
·
Trans Ethyl Methyl éther
·
Etc…
Isotopologue : certains atomes de ces molécules sont sous une
forme isotopique.
Par exemple du Deutérium à la place de H.
DEUTÉRATION.
·
Formation du deutérium pendant la nucléosynthèse
primordiale (comme H, He, Li et Be)
·
Facilement détruit à haute température dans les
intérieurs stellaires
·
Destruction constante de D, transformé en
éléments plus lourds (astration)
Depuis le BB le deutérium est détruit de façon continue et donc
le rapport D/H diminue avec le temps.
Dans le milieu interstellaire, la rapport D/H est de l’ordre de 1
à 2 10-5.
Des processus chimiques favorisent la fabrication de Deutérium.
Ce qui mène à des molécules pouvant avoir un D/H de quelques pourcents.
L’eau peut se former par différents mécanismes comme on le voit
sur la slide ci-contre.
On peut aussi suivre l’évolution de l’eau pendant le processus
stellaire. À haute température la deutération n’est pas efficace.
On suit l'évolution de l’eau pendant la formation stellaire, et
on peut effectuer des comparaisons entre le D/H pour les comètes et les proto
étoiles comme on le voit sur la slide ci-contre.
SMOW = eau sur la Terre.
(Standard
Mean Ocean Water).
Certaines comètes ont des valeurs de D/H proche de celles des
océans terrestres, d’où leur possible origine.
Même certaines proto étoiles classe 0 (amas) ont un bon accord
avec le D/H terrestre.
Ce que l’on vient de décrire correspond à HDO, mais il existe
aussi des formes doublement deutérées, c’est-à-dire D2O dans des régions
internes chaudes de proto étoiles.
CONCLUSION.
·
Chimie très riche dans les proto-étoiles de type
solaire
·
Beaucoup de molécules organiques complexes
présentes dans les régions internes chaudes (hot corino)
·
Grands relevés spectraux très utiles pour
caractériser la composition chimique des proto-étoiles et pour améliorer les
modèles de chimie grâce au grand nombre de molécules détectées
·
Eau très abondante dans les hot corinos également
·
Similarité entre la proto-étoile de Classe 0
IRAS16293 et la comète 67P
·
Héritage au moins en partie de la composition des
protoétoiles ?
·
Les simulations montrent aussi que la complexité
a déjà lieu dans le nuage moléculaire (avant l'effondrement)
·
L'effondrement joue aussi un rôle clé dans la
complexification moléculaire
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Nombreuses
questions à l’issue de la conférence. |
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BONNES VACANCES À TOUS ET À
NOUS REVOIR LE 13 SEPTEMBRE.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Alma révèle de nouveaux détails sur la naissance d'une étoile double similaire
au Soleil
Étude de l’eau deutérée dans une proto-étoile de type solaire
Un ingrédient de la vie découvert autour de jeunes étoiles
The ALMA-PILS survey: inventory of complex organic molecules towards IRAS
16293–2422 A
Nébuleuse d'Orion : détection d'une nouvelle molécule organique par le télescope
spatial James Webb
Chimie associée à la formation stellaire
Bon ciel à tous
Prochaine conférence SAF devant
public :
le mercredi 13 Septembre (CNAM
amphi Grégoire ou JB Say à vérifier) 19 H
avec
Jean Pierre LUMINET
sur « L’écume de l’espace-temps »
Réservation comme d’habitude ou à
la SAF directement. À partir du 15 Août 9h00 :
Transmission en direct sur le
canal YouTube de la SAF :
https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured
Jean Pierre
Martin
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