[tel-00726959, v1] Caractériser le milieu interstellaire ... - HAL - INRIA

tel-00726959, version 1 - 31 Aug 2012Caractériser le milieu interstellaire : un clé pour comprendre l’UniversQu’ont en commun la détection de carbone atomique à un redshift de 4, la cartographie à 1" de résolutionde l’émission 12 CO J=1–0 de la galaxie du tourbillon (M51), l’étude des avant-plans galactiquesde Planck, et l’étude de la cinématique du disque et du flot moléculaire de la proto-étoile HH30 ? Au-delàdu fait qu’elles sont réalisées dans le domaine (sub-)millimétrique, ces observations sont liées aux processusphysiques et chimiques du milieu interstellaire. Caractériser ces processus permet de comprendreles objets les plus divers de l’univers, des plus proches au plus lointains, des plus petits au plus grands. Jedécris ici une décennie de travail consacrée à la compréhension du milieu interstellaire. Je commence parprésenter deux des approches scientifiques que j’ai prises. La première concerne la caractérisition d’unedes transitions les moins bien comprises du gaz dans son chemin vers la formation des étoiles, à savoir latransition HI vers H 2 . Je montre comment l’interprétation de l’émission 12 CO J=1–0 pointe tout autantvers le milieu dense et froid que vers le milieu diffus et tiède. Dans un 2ème temps, je décris la nécessitéet la mise en place d’une référence observationnelle (la chevelure de la nébuleuse de la Tête de Cheval)pour les modéles photochimiques, eux-mêmes utilisés dans tous les contextes évoqués ci-dessus.La décennie qui vient sera aussi féconde grâce à plusieurs événements. Tout d’abord, la communautéqui étudie le milieu interstellaire se structure rapidement autour de grands projets. A mon niveau, e suisporteur du contrat ANR « Structure and CHemistry of the Inter-Stellar Medium » (SCHISM) qui réunitobservateurs, numériciens et théoréticiens de l’IRAM et de l’Observatoire de Paris. Par ailleurs, l’instrumentationradio fait des progrès spectaculaires qui vont déboucher sur la spectro-imagerie grand champ àhaute résolution angulaire et spectrale. L’IRAM a un rôle prépondérant dans cette aventure et j’y contribueau niveau logiciel et algorithmique. Enfin, je participe à la maturation des nouveaux instruments commeles caméras grand-champs pour les antennes uniques et les projets ALMA et NOEMA en interférométrie(sub-)millimétrique. La conjonction de ces facteurs contribuera à percer à jour l’origine des galaxies, desétoiles, des systèmes planétaires et des molécules prébiotiques.Mots-clefs : Milieu interstellaire, Radio-astronomie, Spectro-imagerie grand champ, Interféromètrie.Characterizing the interstellar medium: A key to understand the UniverseWhat is there in common between the detection of atomic carbon at a redshift of 4, 1"-mapping of the12 CO J=1–0 of the whirpool galaxy (M51), the study of the Galactic foreground emission in Planck data,and the kinematic study of the molecular disk and outflow of the HH30 proto-star? Beyond the fact thatall these observations are done at (sub-)millimeter wavelengths, they are linked through the physical andchemical processes of the interstellar medium. Characterizing these processes permits us to understandthe most diverse objects of the universe near and far and from smallest to largest. I describe here onedecade of work directed toward understanding of the interstellar medium. I start with the description oftwo of the approaches I took. The first concerns the characterization of one of the less well-understoodstep in the gas on its way to form stars, the transition from HI to H 2 . I show how the interpretation of the12 CO J=1–0 emission relates to cold dense gas as well as warm diffuse gas. Second, I present the needfor and the making of an observational benchmark (the Horsehead Mane) for complex photo-chemicalmodels, which are subsequently used in the contexts mentioned above.The decade to come promises to be as fruitful as the last one, for several reasons. The communitystudying the interstellar medium increasingly organizes itself around large projects. On my own part, Iam the PI of the SCHISM ANR grant (Structure and CHemistry of the InterStellar Medium) that bringstogether observers, numerical specialists and theoreticians mainly from IRAM and the Observatoire deParis. Moreover, radio instrumentation is making spectacular progress regarding high angular and spectralresolution spectro-imaging. IRAM has a preponderant role in these challenges to which I contributesoftware development and algorithms. Finally, I participate in the maturation of new instruments suchas single-dish wide-field cameras and the ALMA and NOEMA interferometers. The conjonction of thefactors will contribute to bring to light the origins of the galaxies, stars, planetary systems and pre-bioticmolecules.Keywords: Interstellar medium, Radio-astronomy, Wide-field spectro-imaging, Interferometry.