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Environnements astrophysiques, le rôle du monoxyde de carbone

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Afin de mieux cerner le rôle du monoxyde de carbone dans les environnements astrophysiques, des scientifiques ont étudié les spectres d'absorption du CO et de ses isotopologues.

Le monoxyde de carbone (CO) est la deuxième molécule la plus abondante dans notre galaxie. La photochimie de CO et de ses isotopologues agit sur la structure et l’évolution de nombreux environnements astronomiques, que ce soient des nuages interstellaires, des disques circumstellaires autour de jeunes étoiles ou des enveloppes entourant des étoiles en fin de vie. « L’auto-protection » (self-shielding) dépendant des isotopes du CO a été évoquée pour expliquer le ratio inhabituel d’isotopes d’oxygènes observés dans des météorites primitives ou dans le Soleil. Une base de données complète de la position et de la largeur des raies d’absorption, et de la force d’oscillateur pour chacun des isotopologues pertinents de CO était nécessaire pour valider cette hypothèse et pour appuyer le développement de modèles d’environnements astrophysiques.

Un groupe de spectroscopistes du Wellesley College, de l’Arizona State University, de l’Observatoire de Paris, de la Leiden University, de l’Université de Cergy-Pontoise et de l’Université de Tolède a travaillé de concert avec les scientifiques de la ligne DESIRS. Ils ont créé une base de données des spectres d’absorption du CO dans la région 90-115nm, dont ils ont ensuite déduit un modèle moléculaire visant à mettre à jour la spectroscopie complexe de CO. Ce travail repose sur l’exceptionnelle résolution et le fort rapport signal-bruit de la station VUV-FTS (Spectromètre à Transformée de Fourier) et de la chambre d’absorption moléculaire associée sur l’une des branches de la ligne DESIRS.

Les bandes du CO étudiées à SOLEIL fournissent une grande variété d’intensité, de largeur et de contours rotationnels, les mesures sur la ligne DESIRS ayant été adaptées pour récolter la plus large variété d’informations spectroscopiques possible. Aux plus grandes longueurs d’onde, les transitions vers de bas niveaux vibrationnels à trois états de Rydberg sont prédominantes.

En dessous de 100 nm, le spectre devient peu à peu moins complexe et saturé au fur et à mesure que de nouveaux états d’excitation électroniques apparaissent. Il y a des variations frappantes dans les largeurs de raie d’une bande à l’autre, avec pour certaines bandes des structures étrangement diffuses et d’autres qui apparaissent très nettes aux plus grandes résolutions spectrales utilisées dans le laboratoire. Une petite portion de spectre haute résolution de CO est disponible ci-dessous. L’intensité et la largeur de raie se trouvent très affectées par la substitution isotopique.

Figure 1 : Une portion du spectre d’absorption de 12C16O E(0) – X(0) ( en noir) montrant le mélange entre la branche O et les raies de bas J dans les branches P et R. Un ajustement par la méthode des moindres carrés appliquée à la bande (rouge) est décalé pour avoir un graphe plus clair. Les écarts résiduels sont représentés en bleu.

Les différences d’intensité d’absorption dans les bandes d’isotopologues de CO affectent directement les modèles de fractionnement isotopique dans les environnements astronomiques de forte densité de colonne. Dans ce contexte important, les incertitudes autour des valeurs de force d’oscillateur des isotopologues présents dans la littérature sont beaucoup trop grandes. Actuellement, les efforts se poursuivent sur la ligne DESIRS pour quantifier avec une très grande précision les ratios d’intensité d’absorption pour une gamme complexe de composés de CO en interaction avec du rayonnement VUV.

Figure 2 : Hannah Herde et Sormeh Yazdi, étudiantes du Wellesley College sur le poste de contrôle du système VUV-FTS de la ligne DESIRS.