Astrophysique et astrochimie

Michaël De Becker

Masters en Sciences Chimiques

et Sciences Géologiques

2013-2014

Généralités

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 150!):

- 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)

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 entrela matière et le rayonnement

Généralités

• Dans quel contexte scientifique se situe l’astrochimie?

Astrophysique

Chimie

Astrochimie

Généralités

• Dans quel contexte scientifique se situe l’astrochimie?

Astrophysique

Chimie

Astrochimie

Spectroscopiemoléculaire

Généralités

• Dans quel contexte scientifique se situe l’astrochimie?

Astrophysique

Chimie

Astrochimie

Spectroscopiemoléculaire

- progrès dans l’exploration de la complexité de la matière- extension des domaines d’application de la chimie- apport significatif pour l’astrophysique

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

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