Observations

Expérience ESPOIRS

ESPOIRS : Etudes Spectroscopiques des Propriétés Optiques dans l'InfraRouge et le Submillimétrique d'analogues de grains interstellaires

Personnels impliqués:

ESPOIRS est développée par les chercheurs du groupe Milieu Interstellaire, Cycle de la Matière et AstroChimie.

  • Karine Demyk (DR CNRS)
  • Claude Meny (MdC INSA)
  • Anthonny Bonnamy (IR CNRS/UMS)
  • Loïc Noguès (AI CNRS)
  • Xing Heng LU (Doctorante 2014-2016)
  • Anne Coupeaud (Postdoc 2008-2011)

Contexte et objectif:

La poussière interstellaire joue un rôle essentiel dans l'évolution du milieu interstellaire (MIS) et de notre Galaxie. La composante la plus abondante en masse est constituée de grains de ∼100 nm de diamètre composés de silicates et d’oxydes. Ces nano-grains, présents dans tous les environnement astrophysiques, sont responsables de l’émission du MIS dans la gamme de longueur d’onde entre 100 μm et 1 mm, (FIR/submm), gamme spectrale des satellites Herschel et Planck, lancés en mai 2009. Cette  émission submm est importante car elle permet de détecter les nuages pré-stellaires avant leur effondrement, et donc d'étudier les premières étapes de formation des étoiles ainsi que d'estimer la masse de poussière dans les nuages interstellaires. La compréhension de l’émission et de la polarisation de la poussière est aussi primordiale pour la soustraction des avant-plans nécessaire à l’étude du fond cosmologique. Un défi majeur des missions spatiales Herschel et Planck est de comprendre la nature de ces grains de poussière ainsi que leur évolution dans le contexte plus général de l’évolution physico-chimique de la matière interstellaire et de comprendre la physique des processus d’émission submm de cette poussière.

Si les premiers résultats d'Herschel et de Planck illustrent la richesse des informations disponibles dans ces observations pour l'étude de la poussière et du MIS dans notre Galaxie et dans les galaxies externes, ils soulignent également le manque de données de laboratoire sur les analogues de la poussière cosmique, pourtant nécessaires pour interpréter les observations et modéliser l’émission FIR de la poussière.

Le dispositif expérimental ESPOIRS est dédié à l'étude des propriétés optiques d’analogues de grains dans le domaine de l’infrarouge moyen au submillimétrique (2 – 1000/1500 μm) à basse température (300 – 4K).

Matériel :
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Diposotif expérimental ESPOIRS

ESPOIRS est composé d’un spectromètre infrarouge à Transformé de Fourier qui permet de couvrir la gamme spectrale du proche infrarouge au submm (2 - 1000 μm) grâce à la combinaison de différentes lames séparatrices (CsI, Silicium), de différentes sources de rayonnement (Globar, Lampe Hg) et de différents détecteurs (DTGS-KBr, détecteurs bolométriques refroidis à 4 K), et de cryostats permettant de refroidir les échantillons sur une gamme de température comprise entre 4 et 300 K  couplé au spectromètre.

Spectromètre Vertex 70V

  • Cryostat à échantillon à gaz d'échange (300-4K)
  • Cryostat à échantillon sous vide
  • Bolomètre Ge 4K
  • Bolomètre TES 4K
  • Presse à pastiller                                                            

                                                                                               

Synthèse et caractérisation des analogues:

Mg2SiO4 nanograins

Nanograins de composition Mg2.3SiO4

La synthèse et la caractérisation structurale et morphologique des analogues de la poussière sont réalisés en collaboration avec nos partenaires du LPCNO et de l' UMET.

Les nanograins sont synthétisés par voie sol-gel et caractérisés par microscopie électronique (TEM, MEB, contrôle de la taille et de la forme des nanograins), diffraction des rayons X (XRD, contrôle de la structure  cristallographique, du degré d'amorphisation), résonance magnétique nucléaire (RMN 1H, 13C, 29Si, analyse de l'environnement chimique des atomes).

Collaborations :

  • LPCNO (Laboratoire de Physique et Chimie des Nano Objets, INSA, Toulouse) : Céline Nayral, F. Delpech
  • UMET (Unité Matériaux Et Transformation, Université Lille 1, Villeneuve d'Ascq) : Hugues Leroux, C. Depecker
  • IAS (Institut d'Astrophysique Spatiale, Université Paris Sud, Orsay): A. Abergel, A. Jones, L. Verstraete, N. Ysard, M. Koehler

Financements :

ESPOIRS est financé par le CNRS (IRAP, INSU, PN PCMI), l'Observatoire Midi-Pyrénées (AST Molécules et grains), l'ANR (projet Cold Dust 2008-2012, projet CIMMES 2012-2015), l'europe (FEDER).

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