Structure and chemistry of the interstellar medium


Organisateur :


Date prévue : 11-13 décembre 2013
Date définitive : 2013-12-11





Organisateurs : Jérôme Pety (IRAM) et Franck Le Petit (LUTH)

L'astrochimie a connue un fort développement ces 25 dernières années. C'est un domaine scientifique en plein essor depuis l'avènement d'HERSCHEL, prêt à tirer parti des capacités sans précédent des nouveaux instruments de l'IRAM (projet NOEMA, caméras aux 30m), et d'ALMA pour la spectroscopie et l'imagerie à haute résolution. Les observations s'adosseront-elles à des méthodes d'analyse puissantes et à des modèles exploitant l'évolution des connaissances des processus fondamentaux? Le projet ANR SCHISM, explore plusieurs facettes de ces questions, dont le couplage de la chimie en phase gazeuse à celle à la surface des grains, et le couplage de la chimie avec la turbulence magnéto-hydrodynamique (MHD) (phénomènes de transport, structures dissipatives, chocs). Sa pertinence vient du lien fort entre développements numériques pointus et observations utilisant les instruments les plus performants du domaine : l'antenne de 30m à Pico Veleta et les interféromètres millimétriques (Plateau de Bure ALMA). Alors que la chimie en phase gazeuse est de mieux en mieux comprise, la chimie en phase solide est encore balbutiante, malgré le rôle majeur de tels processus pour la formation de H2 et d'autres espèces (par exemple H2CO et CH3OH). De plus, l'activité chimique est intimement couplée à la dynamique du gaz, et par conséquent à son évolution. La chimie affecte les mouvements du gaz via le rayonnement des molécules polaires qui constitue le principal agent de refroidissement du gaz dans de nombreux milieux : ces molécules contrôlent l'équation d'état du gaz et donc sa dynamique. En retour, la dynamique du gaz affecte la chimie parce que les écoulements sont turbulents, supersoniques et plus ou moins couplés au champ magnétique. Combiner des codes chimiques sophistiqués avec des observations de raies moléculaires est à la fois une étape capitale pour exploiter pleinement la richesse des observations de raies moléculaires et un formidable défi du fait de la non-linéarité 1) de la dynamique des fluides et 2) des réactions chimiques. Le but du projet est, d'une part, de rassembler des théoriciens et des observateurs pour développer et tester les modèles numériques décrivant l'interaction des gaz moléculaires avec le rayonnement (le code PDR de Meudon), et avec une perturbation supersonique (code de choc MHD Paris-Durham), et, d'autre part, d'apporter les jeux de données appropriés pour tester les codes et une nouvelle méthode améliorant l'efficacité des observations en interférométrie pour les sources étendues. Ce projet se terminera fin février 2014 avec un grand succès tant au niveau des résultats que de l'esprit d'équipe. Nous souhaitons organiser un atelier de fin de projet qui rassemblera les participants du projet (IRAM, LERMA, LUTH) et inviter d'autres scientifiques pour tirer le bilan et définir de nouveaux horizons.

A moyen terme, les progrès instrumentaux en radio-astronomie vont ouvrir de nouvelles perspectives scientifiques. Par exemple, les projets ALMA et NOEMA vont fournir 1) une augmentation de la sensibilité d'environ un ordre de grandeur à une résolution angulaire de 1'' et 2) une amélioration spectaculaire de l'imagerie grand champ. Cela va permettre de transférer les techniques développées dans le milieu interstellaire de notre galaxie à l'étude du milieu interstellaire des galaxies externes plus ou moins lointaines, dans le but de percer à jour l'historique des mécanismes de formation des étoiles. Par ailleurs, la génération de spectromètres hétérodynes en train d'être déployée au télescope de 30m de l'IRAM permet d'observer simultanément une bande passante de 16 GHz par polarisation à une résolution spectrale de 195 kHz. Cela permet d'observer aujourd'hui en une semaine ce qui aurait demandé une année il y a 5 ans ! Ces récepteurs vont être installés à l'interféromètre de Plateau de Bure dans le cadre du projet NOEMA. Ainsi l'avènement des spectromètres à grande bande passante et grande résolution spectrale transforme pratiquement toute observation en un relevé non-biaisé de raies. Le défi est d'utiliser ces nouvelles possibilités pour classer les différents types d'environnements (chocs, regions de photo-dissociation, coeurs denses, ...) de l'univers en fonction des molécules qu'ils contiennent.