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Blanc - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (Blanc SIMI 5)
Edition 2013


IMOLABS


Molecules interstellaires : spectroscopie et synthèse en laboratoire

Molécules interstellaires : spectroscopie et synthèse au laboratoire et dans l'espace
Depuis la détection des toutes premières molécules dans le milieu interstellaire, les progrès dans la compréhension des voies de formation et desctruction des molécules ont été étroitement couplés avec les avancées en spectroscopie de laboratoire et dans les techniques de synthèse. Ce projet rassemble des experts en chimie, physique moléculaire, instrumentation et astrophysique pour poursuivre l'explroation de la chimie dans le milieu interstellaire.

Astrochimie : du laboratoire a l'espace
L'astrochimie entre dans un âge d'or, grâce à l'augmentation de la sensibilité des détecteurs, de leur bande passante ainsi que de la surface des télescopes. L'analyse des spectres ascronomique, qui conduit éventuellement à la détection de nouvelles molécules, est néanmoins rendue dfficile par la connaissance imparfaite des spectres des molécules, qu'elles soient stables ou réactives. Le manque de compréhension des chemins de formation des molécules est un second point clé, qui explique le faible taux de succès des recherche de nouvelles molécules. Ce programme interdisciplinaire a pour but de progresser sur ces points en développant conjointement : i) de nouvelles techniques augmentant la sensibilité de la spectroscopie au laboratoire, ii) de nouvelles méthodes de production des molécules, et iii) la modélisation astrophysique et l'analyse des données d'observation.
Les objectifs du projet sont la détection de nouveaux composés interstellaires, en particulier de nouveaux radicaux comme CH2OH et des composés azotés de la famille des nitriles et isonitriles. Un deuxième aspect est l'amélioration des instruments de spectroscopie par l'automatisation, l'augmentation de la vitesse de balayage, l'accroissement de la gamme de fréquence et la détection hétérodyne.

Approche interdisciplinaire
Les diférentes méthodes sont utilisées tour à tour pour permettre une approche complète de la question de l'identification de nouvelles espèces intersyellaires, à savoir :
Synthèse organique, spectroscopie moléculaire, détection hétérodyne, sources THz, radioastronomie, modélisation astrophysique.

Résultats

De nombreuses synthèses d’hétérocomposés ont été effectuées afin d’enregistrer leur spectre de microonde et de tenter de détecter ces espèces dans le MIS. Peuvent être cités l’éthanimine CH3CH=NH, l’hydroxyacétonitrile (HOCH2CN), l’aminomalononitrile (NCCH(NH2)CN),1 le 3-butynal (MeC?CCHO), le méthyl isocyanate (CH3-NCO), le méthyl cyanate (CH3OCN), ….
Nous avons développé et mis en place le nouveau spectromètre à balayage rapide en fréquence.
Les ions NO+ et NCCNH+ ont été détectés grâce aux relevés de l'équipe de J. Cernicharo.
Les transitions de rotation/tunelling du radical CH2OH on été mesurées en laboratoire, ce qui permet la caractérisation du spectre millimétrique et ouvre la voie pour la détection dans des sources astrophysiques.

Perspectives

La prochaine étape dans les développements expérimentaux consiste à coupler le système à balayage et acquisition rapide avec la détection hétérodyne dès l’arrivée de la doctorante à Lille.
Nous allons chercher le radical CH2OH dans le milieu interstellaire et en parallèle poursuivre l'étude des voies de synthèse et de destruction.

Productions scientifiques et brevets

1. Motiyenko, R.A., Margulès, L., Alekseev, E.A., Guillemin, J.-C. High-resolution millimeter wave spectroscopy and Ab initio calculations of aminomalononitrile (2015) Journal of Physical Chemistry A, 119 (6), pp. 1048-1054. DOI: 10.1021/jp512625s
2. Cernicharo et al. : ApJ (2014) 795:40 : Tentative Detection of the Nitrosylium Ion in Space (doi:10.1088/0004-637X/795/1/40)
3. C. Cabezas, C. Barrientos, A. Largo, J.-C. Guillemin, J. Cernicharo, I. Peña, J. Alonso Generation and structural characterization of aluminum cyanoacetylide J. Chem. Phys. 141, 104305 (2014).
4 L. Margulès, A. Belloche, H.S.P. Müller, et al. « Spectroscopic study and astronomical detection of doubly C-13-substituted ethyl cyanide«. A&A, 590, A93 (2016)
5. L. Margulès, M.A. Martin-Drumel, O. Pirali et al. « Terahertz spectroscopy of the (NH2)-N-15 amidogen radical«. A&A, 591, A110 (2016)
6. L. Margulès, B.A. Mc Guire, M.L. Senent, R.A. Motiyenko, A. Remijan, and J.C. Guillemin. « Sub-millimeter spectra of 2-hydroxyacetonitrile (glycolonitrile; HOCH2CN) and its searches in GBT PRIMOS observations of Sgr B2(N)«. A&A, accepted
7. J. Cernicharo, Z. Kisiel, B. Tercero, L. Kolesniková, I.R. Medvedev, A. López, S. Fortman, M. Winnewisser, F. C. de Lucia, J. L. Alonso, and J.-C. Guillemin A rigorous detection of interstellar CH3NCO: an important missing species in astrochemical networks A&A, 2016, 587, L4.
8. M. M. Montero-Campillo, O. Mó , M. Yáñez, A. Benidar, C. Rouxel, N. Kerisit, Y. Trolez, J.-C. Guillemin. Gas-Phase Infrared Spectroscopy of Substituted Cyanobutadiynes: Roles of the Bromine Atom and Methyl Group as Substituents. ChemPhysChem, 2016, 17(7), 1018-1024.
9. C. Bermudez, S. Bailleux, J. Cernicharo, Laboratory detection of the rotational-tunelling spectrum of the hydroxymethyl radical CH2OH, A&A, 2016, in press

Partenaires

ISCR- Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Laboratoire public

Laboratoire public

Aide de l'ANR 609 181 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2014 - 48 mois

Résumé de soumission

L'astrochimie entre dans un âge d'or avec la mise en exploitation de nouveaux instruments combinant une excellente sensibilité, surface collectrice et une large bande passante. L'analyse des spectres astronomiques, et en particulier la détection de nouvelles molécules, est freinée par le manque de données spectroscopiques, qu'il s'agisse de molécules stables, de radicaux ou d'ions. Malgré les conditions d'environnement difficiles, la chimie interstellaire et circumstellaire est très riche avec la présence de nombreuses espèces, de leurs isomères et isotopologues (notamment ceux portant un atome de deutérium). La compréhension imparfaite des processus de formation des molécules interstellaires est un deuxième problème, qui entraîne une faible efficacité dans les recherches de molécules interstellaires. Ce projet interdisciplinaire a pour but d'améliorer ces deux aspects en développant conjointement : i) de nouvelles techniques pour la spectroscopie moléculaire basées sur les développements dans le domaine THz, améliorant la sensibilité et la couverture en fréquence, ii) de nouvelles méthodes de synthèse de molécules candidates, iii) de nouveaux programmes d'observations et la modélisation astrophysique associée. L'équipe rassemble des spécialistes de ces différents aspects (astrophysique, instrumentation micro-onde, spectroscopie moléculaire et synthèse organique) qui vont partager leurs connaissances.

 

Programme ANR : Blanc - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (Blanc SIMI 5) 2013

Référence projet : ANR-13-BS05-0008

Coordinateur du projet :
Madame GERIN Maryvonne (Laboratoire d'etudes du rayonnement et de la matiere en astrophysique)

Site internet du projet : http://astro.ens.fr/index.cgi?exe=1389742

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.