Student : LU Xingheng
Advisor : DEMYK Karine, MENY Claude
Start : Octobre 2013
Group : MICMAC
Que ce soit dans la Voie Lactée ou dans les galaxies externes, tous les environnements astrophysiques (nuages denses ou diffus du milieu interstellaire, milieux ionisés, enveloppes et disques circumstellaires ou protoplanétaires) contiennent de la « poussière interstellaire ». Celle-ci est constituée de nano-grains (2nm – 100μm) de composition et de structure variées. Le couplage étroit de la poussière avec le gaz et les environnements astrophysiques (température, densité, champ de rayonnement) se traduit par des modifications de ces propriétés physico-chimiques. L’étude de ces modifications donne accès à l’évolution des milieux observés, la poussière jouant le rôle de sonde.
La poussière interstellaire est principalement observée dans l’infrarouge, domaine de vibration des liaisons moléculaires constituant les nano-grains. Lancés en mai 2009, les satellites Herschel et Planck, s’affranchissant de l’absorption de l’atmosphère, ont ouvert la gamme spectrale de l’infrarouge lointain et du submillimétrique (FIR/submm). Les observations dans ce domaine spectral complémentaire à celui de l’infrarouge sont particulièrement intéressantes pour sonder les propriétés de la poussière dans différents environnements. Les premiers résultats observationnels d’Herschel et Planck montrent en effet toute la richesse des informations recueillies pour l’étude du milieu interstellaire; qu’il s’agisse de comprendre son évolution du milieu diffus vers les régions de formation d’étoiles jusqu’aux disques protoplanétaires dans notre Galaxie; ou bien d’analyser la variabilité de ses propriétés moyennées dans notre Galaxie et dans les galaxies extérieures. Toutefois, 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 submm/FIR de la poussière.
Le sujet de thèse proposé a pour but de comprendre l’évolution de la poussière et du milieu interstellaire. Ce travail est basé d’une part sur la caractérisation des propriétés optiques d’analogues de la poussière interstellaire nécessaire à l’interprétation des données et d’autre part sur l’analyse de l’émission submillimétrique thermique de la poussière observée par Planck et Herschel. Ces deux approches complémentaires et en permanente interaction articulent le travail de la thèse travail en deux parties:
1. le volet expérimental a pour but de caractériser les propriétés optiques d’analogues de grains dans le domaine de l’infrarouge moyen au submillimétrique (2-1000μm) aux températures caractéristiques du milieu interstellaire (300-4K). Les mesures seront effectuées sur le dispositif expérimental ESPOIRS de l’IRAP ainsi que sur le synchrotron SOLEIL. Les analogues de la poussière, grains de taille submicronique composés de silicates et de matière carbonée, seront synthétisés par nos collaborateurs physiciens et chimistes (LPCNO Toulouse, UMET Lille).
2. le volet modélisation a pour but, d’une part d’interpréter les spectres expérimentaux à l’aide du modèle physique d’émission des grains développé au sein de notre groupe afin d’en déduire des jeux de paramètres caractéristiques des différents analogues de la poussière étudiés. D’autre part il s’agira d’analyser les observations Herschel/Planck de divers environnements du MIS, notamment les régions froides (T<15K) et chaudes (T>50K), à l’aide de ce même modèle afin d’en déduire des jeux de paramètres observationnels. Notre groupe a accès à l’ensemble des données Planck et est responsable de plusieurs programmes d’observations Herschel dédiés à l’étude du Milieu Interstellaire. Enfin, un axe d’étude particulièrement intéressant qui pourra être développé consiste à faire le lien entre les observations dans le MIR (archives ISO, Spitzer, demande de temps télescopes sol) et le FIR dans les mêmes régions, afin d’avoir une vision la plus complète possible de la poussière, de son évolution et de celle du milieu environnant.
L’inter-comparaison des résultats issus de la modélisation des données expérimentales et observationnelles permettra d’étudier l’évolution de la matière solide et du milieu interstellaire environnant à travers les variations des caractéristiques physico-chimiques de la poussière interstellaire au sein des différents environnements du MIS.