Academic literature on the topic 'Astronomie submillimétrique'

Cette thèse porte sur le développement de nouveaux spectromètres pour l'astronomie submillimétrique. L'étude du milieu interstellaire et de son évolution requiert aujourd'hui de nouveaux instruments de détection extrêmement sensibles et performants intégrant la photométrie, la spectroscopie et la polarimétrie. Les matrices de bolomètres de B-BOP, développées par nos équipes et héritières des détecteurs de l'instrument PACS du satellite HERSCHEL, permettent de mesurer la polarisation de la lumière au sein même des pixels. Forts de ces développements et des excellents résultats de caractérisation obtenus sur ces bolomètres, nous nous intéressons à l'ajout de la capacité spectroscopique sur le plan focal de tels détecteurs. Dans ce manuscrit, nous présentons le développement de plusieurs concepts de spectromètres de Fabry-Perot, compacts, entièrement en silicium, permettant d'atteindre de très bonnes performances spectrales avec une efficacité inégalée. Nous étudions les caractéristiques et les performances théoriques de ces Fabry-Perot et leur capacité à se coupler à des matrices de bolomètres. En particulier, nous approfondissons les caractéristiques des miroirs multicouches de Bragg, et les performances spectrales associées pour l'interférométrie de Fabry-Perot. Nous présentons ensuite les résultats des mesures de caractérisation des premiers prototypes de ces Fabry-Perot, réalisées sur un banc optique cryogénique dédié. Enfin, nous concluons ces travaux par une étude comparative des performances observationnelles des instruments développés, en simulant leur installation sur de réels observatoires
This thesis focuses on the development of new spectrometers for submillimeter astronomy. The study of the interstellar medium and its evolution now requires new high-performance detection instruments that are extremely sensitive and integrate photometry, spectroscopy, and polarimetry. The B-BOP bolometer arrays, developed by our teams and inherited from the detectors of the PACS instrument on the HERSCHEL satellite, can measure the polarization of light within pixels. Building on these developments and the excellent characterization results obtained with these bolometers, we are interested in adding spectroscopic capability to the focal plane of such detectors. In this manuscript, we present the development of several concepts for compact, all-silicon Fabry-Perot spectrometers that achieve very good spectral performance with unrivaled efficiency. We study the characteristics and theoretical performance of these Fabry-Perot spectrometers and their ability to be coupled to bolometer arrays. In particular, we take a closer look at the characteristics of multilayer Bragg mirrors and the associated spectral performance for Fabry-Perot interferometry. We then present the results of characterization measurements of the first prototypes of these Fabry-Perot spectrometers, carried out on a dedicated cryogenic optical bench. Finally, we conclude this work with a comparative study of the observational performance of the developed instruments by simulating their installation in real observatories

Les spectres de rotation de anti- et gauche-normal-butyronitrile, mesurés au laboratoire jusqu'à 506 GHz ont été analysés pour obtenir un jeu de paramètres moléculaires précis pour l'état fondamental de vibration et cinq vibrations de faible énergie de chaque conformère. L'objectif est de pouvoir fournir les meilleures prévisions possibles pour la radioastronomie. Un total d'environ 15000 raies a été utilisé pour l'analyse. Des paramètres améliorés ont été déterminés pour v30 = 1, v30 = 2, v18 = 1, v29 = 1, pour le conformère anti, et v30 = 1, v30 = 2, v28 = 1, v29 = 1, pour le conformère gauche. Des paramètres ont été déterminés pour la première fois pour v18 = v30 = 1 du conformère anti et v29 = v30 = 1 du conformère gauche. Des preuves ont été trouvées pour un couplage des vibrations pour certains transitions supérieures à 380 GHz. Le couplage entre v18 = 1 et v30 = 2 du conformère anti a été bien caractérisé. Certaines raies montrent aussi un dédoublement dû à la rotation interne qui ne devrait pas être résolu dans les spectres astronomiques
Laboratory measured rotational spectra of anti- and gauche-normal-propyl cyanide up to 506 GHz have been analyzed to obtain a precise set of molecular parameters for the ground state and five low-lying vibrational states of each conformer. The objective is to be able to make best possible predictions for radio-astronomy. In total around 15000 lines have been included in the analysis. Improved parameters have been determined for v30 = 1, v30 = 2, v18 = 1, v29 = 1, for the anti conformer, and v30 = 1, v30 = 2, v28 = 1, v29 = 1, for the gauche conformer. Parameters are derived for the first time for v18 = v30 = 1 of the anti conformer and v29 = v30 = 1 of the gauche conformer. Evidence has been found for vibrational coupling for some transitions above 380 GHz. The coupling between v18 = 1 and v30 = 2 of the anti conformer has been well characterized. Internal rotation splitting is also observed but not expected to be resolved in astronomical spectra

Les conditions physiques et chimiques des premières étapes de la formation stellaire sont propices à la formation de molécules complexes organiques à base de carbone, oxygène et azote qui pourraient être les précurseurs des espèces prébiotiques découvertes dans les météorites. Des études suggèrent que cette complexité démarre avec des réactions chimiques sur les grains interstellaires et l'évaporation des espèces formées dans la région chaude de l'étoile en formation. Par ailleurs le lancement de l'Observatoire Spatial Herschel (HSO) et la mise en route de l'interféromètre ALMA (Atacama Large Millimeter Array), permettent des études inédites à haute résolution spectrale et/ou spatiale dans les domaines submillimétriques et du térahertz. Ainsi de nombreuses molécules peuvent être étudiées avec une sensibilité inégalée sur une large gamme spectrale. Cependant, les données spectroscopiques précises permettant d'identifier les molécules complexes qui nous intéressent sont parfois manquantes principalement à cause des difficultés liées à la mesure et à l'analyse de leurs spectres de laboratoire. Durant cette thèse je me suis intéressée plus particulièrement aux isotopologues des molécules complexes, aussi bien d'un point de vue spectroscopique qu'astrophysique. L'étude des abondances de ces isotopologues (deutérés, 13C. . . ) dans le milieu interstellaire peut fournir des informations visant à comprendre les chemins réactionnels qui conduisent à la complexité moléculaire et ainsi contribuer à contraindre leur formation afin de déterminer si elle a lieu en phase gazeuse ou sur les grains. Dans une première partie, je présenterai les notions essentielles à la compréhension et la cohésion des deux composantes (spectroscopie de laboratoire et observations astrophysiques) ainsi que les différents outils utilisés lors de ces études; j'introduirai alors les différents types d'observations en radioastronomie. Dans une seconde partie, je développerai les études menées sur les isotopologues de deux molécules complexes organiques (l'éthanol 13C et le glycolaldéhyde deutéré) ayant un intérêt astrophysique. Ces études ont débuté d'un point de vue spectroscopique, avec (i) les mesures du spectre en laboratoire, et (ii) la détermination des paramètres caractéristiques des différents isotopologues. Ces travaux ont mené à la réalisation d'un spectre synthétique, ayant pour but de réaliser une identification dans le milieu interstellaire (MIS). Ces études ont continué d'un point de vue astrophysique avec la recherche des molécules étudiées en laboratoire dans des régions de formation stellaire. J'ai, dans un premier temps, effectué des tentatives de détection à partir des relevés spectraux existants: ceux-ci ont permis d'établir des limites de détection de nos molécules et ont mis en évidence quelques raies qui pourraient correspondre aux espèces recherchées. Puis j'ai réalisé mes propres observations afin de tenter de confirmer la détection et de montrer de possibles différences d'abondance entre les isotopomères. Je terminerai en ouvrant sur les perspectives pour des observations futures et pour des développements ultérieurs, basés sur ce travail
The physical and chemical conditions of the first stages of star formation are favourable for the formation of complex organic molecules containing carbon, oxygen, and nitrogen which could be the precursors of the prebiotic species discovered in meteorites. Studies suggest that this complexity begins with chemical reactions on interstellar grains and the subsequent evaporation of the species formed on these grains in the warm core region of the forming star. Recently, the Herschel Space Observatory (HSO) and the ALMA interferometer have begun to make available new sensitive high spectral and/or high spatial resolution studies in the submillimetre and terahertz domains. Thus many molecules can now be studied with unequalled sensitivity over a wide spectral range. However, accurate spectroscopic data necessary to identify some of the complex molecules which interest us are missing because of the difficulties in measuring and especially in analysing their laboratory spectra. During my thesis I have been particularly interested in the 13C and deuterated isotopologues of complex molecules, both from a spectroscopic and from an astrophysical point of view. The study of the abundances of these isotopologues in the interstellar medium could supply information to help us to understand reactions pathways which lead to molecular complexity and determine which reaction take place in the gas phase and which on grains. First of all, I will present the notions useful to understand this work linking molecular spectroscopy and radioastronomy as well as the tools used; also I will introduce the different instruments available for observations. Secondly, I will detail the work carried out on 13C-substituted ethanol and deuterated glycolaldehyde, two complex organic molecules of astrophysical interest. The work involved laboratory measurements and analysis leading to a set of molecular parameters used to subsequently produce predictions of astrophysical spectra for the studied species, under the physical conditions of the astrophysical objects of interest. These synthetic spectra were compared with existing spectral surveys of star-forming regions thus identifying several candidate lines that were unfortunately too limited to prove detection; they also allowed the estimation of maximum abundances for all species. Then I will describe our own observations taken with the aim of confirming the detections and showing possible abundance differences between different isotopomers of each isotopologue. Finally I will give perspectives for future observations and further developments based on this work

Alors que les galaxies évoluent, leur milieu interstellaire (MIS) s’enrichit continuellement en métaux, et cet enrichissement influence la formation d’étoiles. Les galaxies naines de faible métallicité de l’Univers Local sont les candidates idéales pour étudier l’influence de cet enrichissement en métaux sur les propriétés du MIS des galaxies et nous donne un aperçu des processus d’enrichissement et de formation stellaire dans des conditions proches de celles trouvées dans les systèmes pauvres en métaux de l’Univers primordial. Des études précédentes ont montré que le MIS des galaxies naines pose un certain nombre d’énigmes en terme d’abondance des grains, de composition de la poussière et même des processus d’émission en infrarouge lointain (FIR). Cependant, ces études étaient limitées à la poussière chaude émettant à des longueurs d’onde plus courtes que 200 micromètres et étaient effectuées sur un petit nombre de galaxies. Grâce à une sensibilité et une résolution améliorées dans les domaines FIR et submillimétriques (submm), Herschel nous donne une vue nouvelle sur les propriétés de la poussière froide dans les galaxies et nous permet d’étudier les galaxies les plus pauvres en métaux de manière systématique. Dans ce travail, je mène une étude des propriétés des poussières dans les galaxies naines et compare avec des environnements plus riches en métaux, pour aborder la question de l’impact de la métallicité sur les propriétés de la poussière. La nouveauté de ce travail réside dans le fait que les galaxies naines sont étudiées de manière systématique, nous permettant d’accéder aux, et de quantifier les propriétés générales représentatives de ces systèmes. Cette étude est conduite sur toute la gamme de longueurs d’onde infrarouge (IR)-submm, avec les nouvelles observations en FIR/submm d’Herschel, ainsi que des données Spitzer, WISE, IRAS, et 2MASS. Nous complétons ces données avec des mesures en domaine submm de télescopes au sol comme APEX ou le JCMT, pour étudier la présence et les caractéristiques de l’excès submm dans mon échantillon de galaxies. Je collecte aussi les données HI et CO pour accéder aux propriétés du gaz dans ces galaxies et étudier l’évolution du rapport en masse gaz-sur-poussière (G/D) avec la métallicité. Notre étude révèle des propriétés de poussière différentes dans les environnements de faible métallicité que celles observées dans des systèmes plus riches en métaux (par exemple, une poussière globalement plus chaude). Une émission en excès par rapport aux modèles utilisés, apparait souvent aux alentours de 500 micromètres, menant à d’importantes incertitudes sur les propriétés de la poussière, notamment sur la masse de poussière. Les excès les moins importants peuvent cependant être expliqués en utilisant une autre composition pour la poussière, avec des grains plus émissifs. Traceur idéal de l’état d’évolution chimique d’une galaxie, le G/D est en fait bien plus grand que ce que l’on pourrait attendre si l’on considère un modèle simple d’évolution chimique. Interprétée avec des modèles d’évolution chimique plus complexes, incorporant des processus de croissance des grains et/ou une formation d’étoiles épisodique, la relation entre le G/D et la métallicité, ainsi que sa dispersion, peuvent être expliquées par la grande variété d’environnements que nous considérons dans notre étude
As galaxies evolve, their Interstellar Medium (ISM) becomes continually enriched with metals, and this metal enrichment influences the subsequent star formation. Low metallicity dwarf galaxies of the local Universe are ideal candidates to study the influence of metal enrichment on the ISM properties of galaxies and gives us insight into the enrichment process and star formation under ISM conditions that may provide clues to conditions in early universe metal-poor systems. Previous studies have shown that the ISM of dwarf galaxies poses a number of interesting puzzles in terms of the abundance of dust grains, the dust composition and even the FIR emission processes. However these studies were limited to the warmer dust emitting at wavelengths shorter than 200 microns and were done only on a small number of dwarf galaxies. Thanks to its increased sensitivity and resolution in FIR and submillimeter (submm) wavelengths, Herschel gives us a new view on the cold dust properties in galaxies and enables us to study the lowest metallicity galaxies in a systematic way. In this work, I carry out a study of the dust properties in dwarf galaxies and compare with more metal rich environments, in order to address the question of the impact of metallicity on the dust properties. The novelty of this work lays in the fact that dwarf galaxies are studied here in a systematic way, enabling us to derive and quantify the general properties that are representative of these systems. This study is conducted over the full IR-to-submm range, using new FIR/submm Herschel observations, Spitzer, WISE, IRAS and 2MASS data. We complete this set of data with longer submm measurements from ground-based facilities such as APEX and JCMT to study the presence and characteristics of the submm excess in my sample of galaxies. I also collect Hi and CO data to access the gas properties of the galaxies and study the evolution of the G/D with metallicity. Our study reveal different dust properties in low-metallicity environments than that observed in more metal-richs systems (e.g., an overall warmer dust component). An excess submm emission is often apparent near and/or beyond 500 microns rendering large uncertainties in the dust properties, even for something as fundamental as dust masses. Some of the smallest excesses can be explained by using another dust composition with more emissive grains. Ideal tracer of the chemical evolutionary stage of a galaxy, the gas-to-dust mass ratios (G/D) is found to be much higher than what is expected by simple chemical evolution models. Interpreted with more sophisticated chemical evolution models, including dust growth in the ISM and/or episodic star formation, the relation of the G/D with metallicity and its scatter can be explained by the wide variety of environments we are considering

Ce manuscrit rassemble une série de travaux observationnels et phénoménologiques relatifs à des objets compacts variables du centre de notre Galaxie, à savoir le trou noir supermassif central, Sagittarius A*, et des étoiles à neutrons hébergées par des sursauteurs X. La première partie traite de la source Sgr A*, sujette à des éruptions quotidiennes, dont les mécanismes déclencheurs et les processus de rayonnement sont encore inconnus. Cette activité éruptive a été sondée par l'intermédiaire de plusieurs vastes campagnes d'observations multi-longueurs d'onde (en rayons gamma, rayons X, infrarouge et submillimétrique) étalées entre 2007 et 2009. Des données recueillies simultanément par les instruments XMM-Newton/EPIC, INTEGRAL/ISGRI+JEM-X, Fermi/LAT, VLT/NACO+VISIR et APEX/LABOCA, lors de plusieurs nouvelles éruptions majeures, ont ainsi permis de caractériser en détail le comportement spectro-temporelle de ces dernières et de contraindre les modèles d'émissions non-thermiques du milieu radiatif (synchrotron, Compton inverse, plasmoïde en expansion). Dans un second temps, une vingtaine de sursauts X de type I en provenance de deux binaires X de faible masse, transitoires, du noyau Galactique, GRS 1741.9-2853 et AX J1745.6-2901, ont été examinés à travers les données de différents satellites X de basse énergie (2-30 keV). Ces observations ont été discutées dans le cadre théorique, relativement bien établi, d'explosions thermonucléaires d'un mélange hydrogène-hélium, amassé à la surface d'étoiles à neutrons accrétantes.