L'excitation du gaz moléculaire dans le milieu interstellaire (galactique : OMC-1 et extragalactique : N88-SMC)

Topic outline

  • Section publique

    Interprétation pare les modèles théoriques (PDRs et Chocs)

    Thèse doctorat 2005 FR

    Catégorie : Sciences : Astrophysique

    L'Observatoire de Paris, LERMA: Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (Cergy-Pontoise)

    Auteur : Gonzague Callejo

    Directeur de thèse : sous la direction de Jean-Louis Lemaire

    Publication autorisée par le jury

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    Résumé : La composante moléculaire du gaz interstellaire est en général impossible à tracer à l'aide de l'espèce H2 du fait des températures faibles du milieu. Cependant dans les régions de formation d'étoiles des processus dynamiques ou radiatifs spécifiques permettent des détections en émission de la molécule dans le proche infrarouge, rendant ainsi possible la caractérisation directe de la composante largement majoritaire du gaz moléculaire. Dans cette thèse on s'intéresse d'abord aux processus d'émission de la molécule H2 en bande K d'un point de vue théorique. Plus précisément, on étudie les intensités et rapports de raies associés à l'émission de la molécule donnés par des modèles, développés essentiellement à l'Observatoire de Paris, en fonction des paramètres essentiels du milieu (densité, vitesse, champ derayonnement). Cette approche permet de mettre en lumière les différents effets affectant ces intensités et rapports, et plus généralement de montrer qu'il est absolument nécessaire de tenir compte de leurs variations fines dans toute étude les utilisant. Le problème observationnel principal ensuite abordé est celui de la structure de la nébuleuse de Kleinmann-Low dans le nuage moléculaire d'Orion OMC-1, en particulier la mise en évidence des propriétés du gaz moléculaire excité. Le lien avec les résultats théoriques obtenus est systématiquement réalisé pour fournir une vision précise des processus à l'oeuvre. On montre que la contribution de la région PDR créée par l'amas du Trapèze est prépondérante à grande échelle dans la nébuleuse mais qu'à faible échelle la propagation d'ondes de choc est le phénomène essentiel dont il faut tenir compte. Des hypothèses alternatives sont également envisagées et éventuellement rejetées ou confirmées. Une seconde étude observationnelle menée concerne la région HII compacte N88A dans le Petit Nuage de Magellan, pour laquelle la détection d'une région de photodissociation a été confirmée et détaillée, le fait qu'elle soit vue par la tranche la rendant particulièrement intéressante. Cette région a été ensuite simulée par les modèles précédemment détaillés, montrant qu'il est possible d'obtenir des informations sur les caractéristiques principales de la région, malgré le fait qu'elle soit de nature extragalactique.

    Résumé : The molecular content of the interstellar medium is very difficult to study using the H2 molecule, because of the low temperature of the medium. However, in star-forming regions, dynamic and radiative processes make possible the detection of the molecule in emission in the near infrared. Thus the most important specy in the molecular clouds can be directly observed. In this thesis we study first the theoretical processes leading to the emission of the H2 molecule in K-band, using models leading to this emission. The models deal with Photon Dominated regions (PDRs) and shock waves propagating in the interstellar medium, made in part at the Paris Observatory. The intensities and line ratios of the most proeminent H2 lines in the K-band are studied in function of the main parameters ruling the medium: shock velocity, gas density and radiation field. This work allows to put into the light different effects being important for the creation of these lines. It is seen that the detailed behaviour of the line ratios in a ``parameter space'' must be taken into account when using these physical quantities.The main observational work is about the structure and excitation of the Kleinmann-Low nebula in the Orion Molecular Cloud OMC-1. Several types of observations, both imaging and spectroscopy, are used in order to get the properties of the excited molecular gas. A detailed comparison with the theory is performed in order to build a consistent view of the region. It is demonstrated that the contribution by the Trapezium cluster (creating a PDR region) dominates at large scale in the nebula, but that the shock waves are the dominant processes of excitation at small scale. Other hypothesis for the gas emission are discussed in detail. The second observational work is about the compact HII region N88A in the Small Magellanic Cloud (SMC), for which the presence of a PDR region has been confirmed in this work. The fact that this PDR region is seen edge-on makes it a highly interesting object. Using again the theoretical models the main parameters ruling this region could be found with a good accuracy, in spite of the fact that N88A is an extragalactic object.

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