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L’EXPÉRIENCE SWEET

Stellar Wind and Electrons interactions on astrophysical molecules : Experiment and Theory

Abstract :

L’expérience SWEET est le résultat de la collaboration entre notre équipe et deux équipes de physico-chimie théorique de l’IRSAMC , l’une au LCPQ et l’autre au LPT. Son but est d’étudier la dissociation de molécules pré-biotiques ou de PAHs soumis au vent stellaire. Notre montage expérimental permet une analyse précise de l’interaction entre particules du vent solaire et molécules isolées et un suivi de la dynamique de dissociation.

Introduction :

Lorsque les particules du vent stellaire - qu’il s’agisse de protons avec des énergies de l’ordre du keV ou d’électrons d’une centaine d’eV - interagissent avec des molécules isolées, elles peuvent provoquer l’ionisation ou la fragmentation de ces dernières. La connaissance des interactions entre les molécules du milieu interstellaire (polycycliques aromatiques -PAHs - ou molécules pré-biotiques) et les radiations stellaires est donc essentielle pour comprendre leur cycle de vie, leur abondance et leur rôle dans l’astrochimie complexe de ce milieu. De plus, grâce à la taille réduite de ces molécules, ces interactions, pour lesquels encore peu de données existent, sont relativement faciles à simuler en laboratoire. D’un point de vue théorique, ces molécules sont donc aussi idéales pour modéliser les échanges d’énergie ou l’ionisation lors d’une interaction (notamment par des calculs de TDDFT suivis de l’étude de la dynamique de fragmentation), ainsi que pour comparer les résultats de divers programmes de calcul (DFT, MP2, CCSD, dynamique moléculaire en DFTB…)

Montage expérimental :

La plupart des montages expérimentaux existant actuellement donnent une description incomplète de l’interaction entre vent stellaire et molécules et/ou se limitent à la photochimie UV des molécules. Notre expérience a pour but de donner une image beaucoup plus complète de cette interaction.
Les molécules sont évaporées en un jet de faible densité dans un four et soumises à des interactions avec des particules d’énergie contrôlée simulant le vent stellaire, électrons (1eV<Ee <1KeV) ou ions mono-chargés tels H+, He+, C+,N+,O+… (100 eV< E i<5 KeV).

Grâce à un spectromètre de masse par temps de vol équipé d’une galette à micro-canaux permettant des mesures simultanées, rapides (≈100 ps ) et à haute résolution spatiale (≈50 µm), nous pouvons mesurer pour chaque collision les masses et les vecteurs vitesse de chacun des fragments chargés obtenus, la distribution énergétique des électrons émis et les seuils de dissociation ZEKE (zero kinetic energy measurements)

Cette expérience permet aussi d’obtenir certains paramètres d’intérêt en astrophysique comme les taux de fragmentation et les sections efficaces absolues des différents processus.

Nos résultats peuvent être comparés avec ceux simulés par des modèles de fonctionnelle densité dépendant du temps (TDDFT) obtenus au LCPQ ce qui devrait permettre des avancées importantes dans la compréhension des phénomènes d’ionisation et sur l’état de charge des fragments à temps court.

Ils peuvent aussi être comparés à des résultats théoriques obtenus au LCPQ ou au LPT pour des temps plus longs afin de mieux comprendre les phénomènes de relaxation énergétique et de conversion interne de l’énergie.

Schéma synoptique du montageSchéma synoptique du montage

 Source d'ions/ Ion source
Source d’ions/ Ion source