Régions de photodissociations

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Régions de photodissociations

RÉGIONS DE PHOTO-DISSOCIATION

Franck Le Petit

LUTH - Observatoire de Paris


RÉGIONS DE PHOTO-DISSOCIATION

• Photons UV dominent la physique et la chimie

• Régions neutres

• Conditions physiques :

• nH = 10 3 - 10 5 /10 6 cm -3

• rad = 100 - 10 5 ISRF

• Tgaz = qq 100 K

• Couplage entre l’UV et la chimie

• Photo-destructions : H2, C, CO

• Photo-ionizations

• Chauffage du gaz

Pety et al.

• Traitement de la chimie nécessite de prendre en compte processus dans les raies : self-shielding

• Zones de transitions : milieu atomique / milieu moléculaire


RÉGIONS DE PHOTO-DISSOCIATION

PDR

Molecular region

H H2 C+ C CO

10000

H2

H

Abondance [cm -3 ]

100

1

0.01

C +

C

CO

S

S +

0.0001

1e-06

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

A V


RÉGIONS DE PHOTO-DISSOCIATION


RÉGIONS DE PHOTO-DISSOCIATION

Besoin de prendre en compte transfert de

rayonnement exact

- recouvrement entre raies d’absorption de

H2 et les pics d’ionisation ou de dissociation

d’autres espèces

Knauth et al., Nature, 429, 2004


CODES & CHIMIE

• Souvent associées à de la formation stellaire

• Milieu soumis :

• flux UV

• Energie mécanique : vents, chocs (Supernovae)

• Champs magnétique / turbulence

• nuages diffus, bord des disques, milieu intergalactique, ...

Interprétation des observations :

Plusieurs types de codes sont nécessaires pour interpréter les observations :

• codes PDR (Ex: code PDR de Meudon)

• codes de chocs MHD (Ex: code de choc S. Cabrit, G. Pineau des Forêts, ...)

• Température peut atteindre des milliers de Kelvin

• codes de turbulence

• ...


CODES & CHIMIE


CODES & CHIMIE

• Chimie dans le code PDR de Meudon

• plusieurs centaines d’espèces

• 10 fois plus de réactions chimiques

• réactions à 2 corps

• Chimie de : H, C, N, O, S, ...

• Isotopes : deuterium, C, N, O

• Types de réactions :

• Phase gazeuse (neutre-neutre, ion-neutre, recombinaisons dissociatives, ...)

• Surface (H2, HD, H2O, CH3OH, ...)

• glaces, silicates, graphites, graphites amorphes

• Photo-destruction / Photo-ionisation

• Ionisation par les cosmiques

• Effets ortho / para, ...

• ...


CODES & CHIMIE

• Chimies fournies dans un fichier externe donc facile à modifier

• Construction de réseaux chimiques

• Bases de données :

• OSU

• UMIST

• Littérature

• Bases actuelles :

• Pas toujours complètes

• Manque références

• Manque incertitudes

• Mises à jour irrégulières


CODES & CHIMIE

• Plusieurs difficultés pour construire les réseaux

• Ne pas oublier des voies de formation

Exemple : S + C + → C + S +

• Prendre en compte le détail des réactions chimiques

Exemple : C + H2 → CH + H ΔH = 11700 K

Barrière plus faible avec du H2 excité

• Détermination de réseaux minimaux :

• Les réactions principales dépendent des conditions physiques

• Fonction de la position du nuage

• Ne pas ignorer les incertitudes :

Exemple : H3 + + e - → ...


CODES & CHIMIE

Effet des incertitudes

Effet des incertitudes des taux de réactions :

(Evelyne Roueff - Nobel Symposium)

• 2 séries de modèles : nH = 10 3 et 10 6 cm -3

• “grosse” chimie : 200 espèces - 2000 réactions

• T = 10 K et ζ = 5 × 10 -17 s -1

• Changement aléatoire des taux de réactions d’un

facteur 2


CODES & CHIMIE

Systèmes non-linéaires

• Systèmes thermodynamique ouverts (cosmiques)

• Hors équilibre thermodynamique

• Phénomène de bistabilité pouvant apparaître dans les

régions sombres

• Plusieurs échelles de temps du même ordre de grandeur

Grande sensibilité aux paramètres :

- paramètres physiques (flux de cosmiques)

- taux de réactions «incertains»

Roellig et al. (2007)


CODES & CHIMIE

Exemple sur la taux de H3 + + e -

Larson (2000): k = 1.15E-7 cm-3 s-1

Plasil (2003) : k = 5.0E-8 cm-3 s-1

Problème résolu :

Kakooline et al. (2003), McCall et al. (2003):

0.0001

constante rapide

1e-05

fast constant

slow constant

rapide lente

H2D + /H3 + 2.4 10 -2 2.2 10 -2

DCO + /HCO + 8.9 10 -3 3.7 10 -2

N2D + /N2H + 2.6 10 -5 2.2 10 -5

C2D/C2H 7.1 10 -1 7.3 10 -2

n e /n H

1e-06

DCN/HCN 3.5 10 -2 3.5 10 -2

1e-07

HDO/H2O 1.2 10 -3 1.2 10 -3

NH2D/NH3 2.6 10 -2 2.6 10 -2

1e-08

10 100 1000 10000 100000 1e+06

Density (cm -3 )

ND2H/NH3 9.8 10 -4 1.1 10 -3


BESOINS

Services de base :

Services avancés :

• taux de réactions

• Photo-réactions ? sections ?

• facteurs de branchement

• expressions mathématiques pour variation

avec T

• domaine validité

• références

• incertitudes

• validation / conseils pour le choix des

réactions

• mises à jour régulières

• vocabulaire standardisé

• Outils pour créer des réseaux chimiques

Exemple : un utilisateur souhaite rajouter les

réactions relatives à une espèce. Un service sur la

base permet de fournir l’ensemble des réactions

importantes pour former ou détruire cette

espèces.

Difficultés :

Fonction des conditions physiques

- Température

- Flux de rayons cosmiques

- Abondances

- ...


LIENS AVEC L’OBSERVATOIRE VIRTUEL

Développement d’une couche d’interopérabilité au-dessus des centres de données pour :

- faciliter la découverte de données

- facilité l’accès aux données

- développer des services apportant de la plus-value scientifique

Exemple : VO-Theory Group (IVOA) : Développement de standards OV pour les simulations

• Datamodel pour décrire les simulations 3D+temps en cours de définition

• Protocol d’accès en cours de définition (SimDAP)

• SimDM permet de décrire en partie les simulations de micro-physiques

• Plusieurs points de blocage :

• Description des données relatives à la physique atomique et moléculaire

• Description des espèces chimiques


LIEN AVEC VO-THEORY

Interopérabilité

Ramses-MHD database

density & velocity structure

3000

2500

2000

Density [cm -3 ]

1500

1000

500

0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Size [pc]

Meudon PDR code

Chemical & thermal structure

Radiative transfer code

Molecules excitations

Line

intensity

DUSTEM

Grains emission / temperature

Atomic & Molecular Databases

Chemistry Database


LIEN AVEC L’OBSERVATOIRE VIRTUEL

Besoin de standards en chimie :

• Standardisation des formats d’échanges

• Standardisation des metadonnées

• Vocabulaire des espèces chimiques (utilisables par les astronomes)

• dont isotopes

• Nécessaire :

• Pour les services OV

• Pour les bases de données de chimie

• cross-matching

• relations avec d’autres bases (photo-réactions, sections de photo-ionisation)

• lien avec registry de physique atomique et moléculaire.

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