Letteratura scientifica selezionata sul tema "Glaces astrophysiques"

Dans les nuages denses, les manteaux glacés sont des condensats de petites molécules sur des grains solides. Ces manteaux glacés représentent des sites prometteurs pour certains processus chimiques. Ils sont constamment irradiés et de nouvelles molécules organiques complexes peuvent être ainsi formées. Une fois que les nuages denses se transforment en disque d'accrétion et, éventuellement, en système planétaire, ces manteaux glacés peuvent potentiellement contribuer au réservoir de molécules complexes des planètes. Dans cette thèse, les effets de l'irradiation ionique sur deux molécules aromatiques, la pyridine et le pyrène, ont été étudiés. Les échantillons ont été exposés à une irradiation ionique sur les lignes des accélérateurs du GANIL (Caen, France) et de l'ATOMKI (Debrecen, Hongrie). Leur évolution a été suivie par spectroscopie infrarouge in situ. Il a été constaté que la structure initiale (amorphe ou cristalline) et la température d'irradiation n'affectent pas la section efficace de destruction de la pyridine pure. De plus, il a été observé que la dose locale n'est pas un paramètre clé comme cela était affirmé précédemment. En effet, la destruction du pyrène provoquée par des ions lourds, à partir du carbone, est significativement plus importante que celle provoquée par des ions plus légers comme l'hydrogène et l'hélium pour une même dose locale déposée. Pour les deux molécules, une augmentation significative de la section efficace de destruction a été observée lorsque la concentration des molécules dans la matrice d'eau diminue. Le temps de demi-vie de la pyridine et du pyrène dans les nuages denses a été estimé à environ 13 et 20 millions d'années, respectivement. Cela suggère qu'une fois formées dans ces environnements, ces molécules pourraient survivre et contribuer à la formation planétaire
Formed in the dense clouds, icy mantles are condensates of small molecules on solid grains. These icy mantles are promising sites for rich chemical processes, where complex organic molecules can form, as these mantles are continuously exposed to ionizing radiation. Once dense clouds transform into an accretion disc and eventually into a planetary system, these icy mantles may potentially contribute to the reservoir of the complex molecules of the planets.In this thesis, the effects of ion irradiation on two aromatic molecules, pyridine and pyrene were investigated. The samples were exposed to ion irradiation at the GANIL (Caen, France) and ATOMKI (Debrecen, Hungary) ion beam facilities. Their evolution was monitored using in-situ infrared spectroscopy. It was found that the initial structure (amorphous or crystalline) and the irradiation temperature do not affect the destruction cross section of pure pyridine. Additionally, it was observed that the local dose is not a key parameter as previously assumed. Indeed, since the destruction of pyrene caused by heavy ions, starting from C, is significantly greater than that caused by lighter ions such as H and He for the same deposited local dose. For both molecules, a significant increase in the destruction cross section was observed for decreasing molecule concentration in the water matrix. The half-life time of pyridine and pyrene in dense clouds was estimated to be around 13 and 20 millions of years, respectively. This suggests that once formed in these environments, they could survive and contribute to planetary formation

Les grains de poussière se trouvant dans les nuages moléculaires denses jouent un grand rôle dans la formation de molécules organiques complexes. Ces grains sont recouverts d'un manteau glacé contenant des molécules primitives. Au cours de l'évolution des nuages moléculaires vers des systèmes planétaires, les grains sont soumis à des processus énergétiques transformant la matière organique présente dans les glaces. Les grains finissent par être intégrés dans les petits corps du système solaire tels que les comètes et les astéroïdes. Cette thèse cherche à simuler en laboratoire l'évolution chimique de ces glaces. Des analogues de ces glaces sont formés sur un substrat à basse température, et sont irradiés avec des photons UV et/ou réchauffés afin de simuler les processus astrophysiques. On forme ainsi un résidu organique que l'on caractérise grâce à la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et la spectrométrie de masse à très haute résolution (VHRMS) par Orbitrap.Nous avons d'abord effectué des études mécanistiques centrées autour de la formation d'aminoalcools et d'hydroxynitriles lors du réchauffement de glaces contenant de l'acétaldéhyde (CH$_3$CHO) ou de l'acétone ((CH$_3$)$_2$CO) avec NH$_3$, HCN et H$_2$O. Nous avons ensuite étudié la composition globale de résidus issus de l'irradiation et du réchauffement de glaces contenant H$_2$O, CH$_3$OH, et NH$_3$. Nous présentons une nouvelle approche pour interpréter les données Orbitrap de ces résidus. Les similarités trouvées avec des analyses de matière organique météoritique issues de la littérature laissent à penser qu'une partie de son évolution pourrait être semblable à celle de nos résidus
Dust grains located in dense molecular clouds play a major role in the formation of complex organic molecules. These grains are covered by icy mantles containing primitive molecules. Dense molecular clouds can collapse and lead to the formation of planetary systems such as our own. During this evolution, the grains are exposed to energetic processes which transform the organic matter inside the ices. The grains are ultimately incorporated into small solar system bodies such as comets and asteroids, which can then contribute to the exogenous delivery of organic matter on Earth. In this context, this thesis focuses on simulating the chemical evolution of ices. To that end, ice analogues are formed by condensing a relevant gas mixture on a cold substrate. These interstellar ice analogues are irradiated with UV photons and/or heated in order to simulate astrophysical processes. An organic residue is formed which we characterized with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and very high resolution mass spectrometry (VHRMS) by Orbitrap.First, we performed mechanistic studies focused on the formation of aminoalcohols and hydroxynitriles from the warming of ices containing acetaldehyde (CH$_3$CHO) or acetone ((CH$_3$)$_2$CO) with NH$_3$, HCN and H$_2$O. Secondly, we studied the global composition of residues made from irradiation and warming of ices containing H$_2$O, CH$_3$OH, and NH$_3$. We present a new approach to interpret Orbitrap data of the residues. Similarities observed with meteoritic organic matter analyses found in the literature could mean that some of the evolution that led to meteoritic organic matter is shared with the evolution of our residues

Les grains de poussière se trouvant dans les nuages moléculaires denses jouent un grand rôle dans la formation de molécules organiques complexes. Ces grains sont recouverts d'un manteau glacé contenant des molécules primitives. Au cours de l'évolution des nuages moléculaires vers des systèmes planétaires, les grains sont soumis à des processus énergétiques transformant la matière organique présente dans les glaces. Les grains finissent par être intégrés dans les petits corps du système solaire tels que les comètes et les astéroïdes. Cette thèse cherche à simuler en laboratoire l'évolution chimique de ces glaces. Des analogues de ces glaces sont formés sur un substrat à basse température, et sont irradiés avec des photons UV et/ou réchauffés afin de simuler les processus astrophysiques. On forme ainsi un résidu organique que l'on caractérise grâce à la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et la spectrométrie de masse à très haute résolution (VHRMS) par Orbitrap.Nous avons d'abord effectué des études mécanistiques centrées autour de la formation d'aminoalcools et d'hydroxynitriles lors du réchauffement de glaces contenant de l'acétaldéhyde (CH₃CHO) ou de l'acétone ((CH₃)₂CO) avec NH₃, HCN et H₂O. Nous avons ensuite étudié la composition globale de résidus issus de l'irradiation et du réchauffement de glaces contenant H₂O, CH₃OH, et NH₃. Nous présentons une nouvelle approche pour interpréter les données Orbitrap de ces résidus. Les similarités trouvées avec des analyses de matière organique météoritique issues de la littérature laissent à penser qu'une partie de son évolution pourrait être semblable à celle de nos résidus
Dust grains located in dense molecular clouds play a major role in the formation of complex organic molecules. These grains are covered by icy mantles containing primitive molecules. Dense molecular clouds can collapse and lead to the formation of planetary systems such as our own. During this evolution, the grains are exposed to energetic processes which transform the organic matter inside the ices. The grains are ultimately incorporated into small solar system bodies such as comets and asteroids, which can then contribute to the exogenous delivery of organic matter on Earth. In this context, this thesis focuses on simulating the chemical evolution of ices. To that end, ice analogues are formed by condensing a relevant gas mixture on a cold substrate. These interstellar ice analogues are irradiated with UV photons and/or heated in order to simulate astrophysical processes. An organic residue is formed which we characterized with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and very high resolution mass spectrometry (VHRMS) by Orbitrap.First, we performed mechanistic studies focused on the formation of aminoalcohols and hydroxynitriles from the warming of ices containing acetaldehyde (CH₃CHO) or acetone ((CH₃)₂CO) with NH₃, HCN and H₂O. Secondly, we studied the global composition of residues made from irradiation and warming of ices containing H₂O, CH₃OH, and NH₃. We present a new approach to interpret Orbitrap data of the residues. Similarities observed with meteoritic organic matter analyses found in the literature could mean that some of the evolution that led to meteoritic organic matter is shared with the evolution of our residues

Ce travail de thèse porte sur l’irradiation de glaces composées de molécules simples (H2O, CO, CO2, NH3) par des ions lourds produits par GANIL. Ces glaces sont présentes dans certains milieux astrophysiques tels que les comètes, les surfaces des lunes de Jupiter et les nuages denses. L’irradiation en laboratoire simule l’effet des rayons cosmiques pour les ions de haute énergie et du vent solaire pour les ions de basse énergie. La technique d’observation est la spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier, technique qui autorise la détection des molécules créées dans le « bulk », lors du passage de l’ion incident. La thèse porte donc sur l’établissement de lois d’évolutions de systèmes en fonction de l’énergie déposée, par exemple l’évolution des sections efficaces de destruction de molécules simples et abondantes dans l’espace en fonction du pouvoir d’arrêt électronique. Des expériences d’implantation ont aussi été réalisées afin de connaître les modifications chimiques induites sous irradiation et de déterminer le taux de production de molécules telles que CO2 et SO2. Ces taux de production ont été comparés aux observations réalisées sur les lunes de Jupiter. Le mélange CO2-NH3 a aussi été irradié. Différentes espèces telles que CO, OCN- et [HCOO-][NH4+] ont été produites et indique que des molécules plus complexes peuvent être potentiellement formées dans l’espace par irradiation de glaces
This thesis concerns irradiation of ices composed of simple molecules (H2O, CO, CO2, NH3) with heavy ion beams at GANIL. These ices exist in several astrophysical environments such as comets, surfaces of Jovian satellites, and dense molecular clouds. Irradiation in the laboratory allows simulating the effects of cosmic rays with high energy ion beams, and those of solar wind with low energy beams. The analysis is performed by Fourier transformed Infrared absorption spectroscopy, which allows detecting molecules created during ion irradiation. The evolution of the ices, characterized by destruction cross sections, formation cross sections and sputtering yields was studied as a function of the deposited energy for some of the most abundant simple molecules in space as a function of electronic stopping power. Furthermore, Implantation experiments were performed in order to study chemistry induced by the projectile ions and formation of molecules such as CO2 and SO2. The formation rates were compared to the corresponding observations of abundance of those molecules and the Jovian moon Europa. After irradiation of the mixture CO2+NH3 several new species such as CO, OCN- et [HCOO-][NH4+] were observed. This indicates that complex molecules can possibly be formed by irradiation of ices in space

Dans le système solaire et dans les régions denses du milieu interstellaire, des manteaux de glaces constitués de petites molécules sont irradiés par des particules ionisantes : des photons, des électrons et des ions. L’interaction entre les particules énergétiques et les manteaux induit plusieurs processus tels que les réactions chimiques, les changements de phase et la désorption de molécules. Les effets de l’irradiation par des photons et des ions légers sont étudiés depuis 20 ans. Cependant, les expériences réalisées avec des ions lourds et rapides sont rares dans la littérature. Bien que les ions légers soient plus abondants, le grand pouvoir d’arrêt et le haut rendement de pulvérisation des ions lourds peuvent compenser cet écart numérique. Ce travail résulte d’un projet de collaboration entre la PUC-Rio et le CIMAP-GANIL. L’objectif de ce projet est d’étudier l’effet de l’irradiation de glaces astrophysiques avec des ions lourds et rapides. Les expériences ont été réalisées sur les lignes IRRSUD et SME du GANIL avec des ions Ni (46 et 537 MeV). L’analyse des glaces a été faite par spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR). Quatre cibles ont été irradiées et analysées : H2O, CO, CO2 et H2O :CO :NH3. Les sections efficaces de destruction, de création des molécules produites et les rendements de pulvérisation ont été déterminés pour chaque cible. Les résultats obtenus montrent que les ions lourds sont plus efficaces que les protons pour la pulvérisation des manteaux de glaces alors que les protons sont eux plus efficace pour la synthèse de nouvelles molécules
In the Solar System, as well as inside the dense interstellar regions, ice mantles constituted by small molecules are exposed to ionizing radiation formed by photons, electrons and ions. As a result, chemical reactions, phase changes, desorption and other physical chemical processes occur in the ice. Among the ionizing projectiles, fast heavy ions play a particular role in the sense that they are relatively low abundant in space but have high ionizing power and are very efficient for inducing desorption. These cosmic events can be simulated in laboratory. The main goal of the current work is to identify and quantify the effects of the fast heavy ion interaction with ices. Experiments were performed at the medium energy facility at GANIL, where 46 and 537 MeV Ni ions irradiated four ices cooled down at about 13 K: H2O, CO, CO2 and the mixture H2O:NH3:CO. The molecular concentrations of these species and the formed ones were determined by infrared spectroscopy (FTIR) as a function of the beam fluence. From the acquired data, destruction and formation cross sections of molecular species were measured as well as the sputtering yields. Results show that protons are more efficient for producing new molecular species, while heavy ions are responsible for the desorption process. This work is collaboration between the PUC-Rio and CIMAP-GANIL institutions

Le système solaire et le milieu interstellaire sont soumis en permanence à différents rayonnements tels que le vent solaire et les rayons cosmiques. L’interaction entre les particules énergétiques et les matériaux présents dans ces différents milieux (glaces, silicates et matériaux carbonés), joue un rôle fondamental dans certains phénomènes astrophysiques. Les expériences en laboratoire, corrélées aux données observationnelles, permettent une meilleure compréhension de ces phénomènes. Les objectifs de cette thèse sont d’étudier l’effet des ions lourds lents ou rapides sur des cristaux, comme le fluorure de lithium, et sur des matériaux d’intérêt astrophysique tels que les glaces et les silicates. Nous nous sommes intéressés, tout particulièrement, au phénomène de pulvérisation. L’étude de ce phénomène a été réalisée, en grande majorité, à l’aide du dispositif de temps de vol et de localisation (XY-TOF-SIMS) développé au CIMAP. Nous avons montré que l’émission des ions se fait en grande partie sous forme d’agrégats. Différents paramètres influence la pulvérisation : le régime de pouvoir d’arrêt, l’épaisseur de la cible, l’angle d’incidence et en ce qui concerne les ions lents multichargés de basse énergie, la charge du projectile. Les différentes simulations en laboratoire illustrent la possibilité de création de l’exosphère de Mercure et des lunes de Jupiter
The solar system and the interstellar medium are permanently exposed to radiations such as solar wind and cosmic rays. The interaction between energetic particles and astrophysical materials (ices, silicates and carbon-based materials) plays an important role in several astrophysical phenomena. Laboratory experiments correlated to observational data may allow a better understanding of these phenomena. The aim of this thesis was to study the effect of slow and fast heavy ions on lithium fluoride and on astrophysical materials such as ices and silicates. We focused on the sputtering phenomenon. The present study was performed with a time of flight imaging technique (XY-TOF-SIMS) at the CIMAP-GANIL laboratory. The major fraction of secondary ions is found to be emitted in the form of clusters. Several parameters affect sputtering: the stopping power regime, the thickness of the target, the incident angle and, for low highly charged ions, the projectile charge. Our laboratory simulations exhibit the possibility that sputtered particles contribute to the formation of Mercury’s and Jupiter’s moons exospheres

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale des effets induits par l'irradiation d'ions de grande énergie (0,1 à 4,5 MeV/uma) dans des glaces, fabriquées par condensation sous vide de gaz sur des supports refroidis à 80 K. Les ions émis pendant l'irradiation ont été analysés grâce à un spectromètre de masse par temps de vol. Les cibles ont été étudiées in-situ en infrarouge, par un spectromètre à Transformée de Fourier. Les principaux résultats concernent tout d'abord les processus conduisant à l'érosion des glaces induite par l'irradiation. Elle provient principalement de la dissociation des molécules constitutives des glaces, suivies de recombinaisons en composés volatils pouvant diffuser hors des cibles irradiées. On obtient ainsi des taux d'érosion très élevés, qui dépendent linéairement de l'épaisseur des cibles traversées par les ions incidents. Ceci atteste de ce que l'érosion se produit tout au long de la trace des ions dans la cible. En second lieu, il a été possible de suivre la désorption d'ions depuis la surface irradiée. L'ensemble des espèces ionisées ont été détectées, jusqu'à des masses supérieures à 400 uma. Un des résultats les plus marquants est l'abondance relative élevé d'amas ionisés de grande masse. Enfin, nous avons mis en évidence la synthèse de composés moléculaires nouveaux dans les glaces irradiées. L'ensemble de ces résultats a des implications astrophysiques directes. En particulier, ils permettent de rendre compte de la présence de composés moléculaires complexes dans de nombreux sites, dans le Système Solaire (comètes, satellites), dans les nuages interstellaires et les cavités stellaires
This thesis presents the study of radiation effects induced in H20 ice by MeV/u ions: desorption of ionized species, "erosion" of the irradiated film and molecular synthesis within the ice. The desorption is analysed by time of flight mass spectroscopy. We describe the mass spectra of the desorbed ions, both positively and negatively charged, up to 400 uma. The absolute yields are given, as well as their dependence with the energy and energy loss of the primary ions. The "erosion" of the ice is analysed by infrared spectroscopy, on line during the irradiation. Absolute yields are derived, as a function of the ions beam flux, the mass and energy of the ions, and the thickness of the samples. A linear dependence of the yield with the thickness is interpretated as follows: the erosion comes primarely from the dissociation of the molecules all along the ion tracks. Some astrophysical implications of the results are discussed in the framework of irradiation of icy material in a variety of environments: magnetospheres of giant planets, cometary nuclei, circumstellar shells and molecular clouds. Lt is emphasized that the irradiation by energetic ions plays a major role in cosmochemistry

COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR
Dans le système solaire et dans les régions denses du milieu interstellaire, des manteaux de glaces constitués de petites molécules sont irradiés par des particules ionisantes : des photons, des électrons et des ions. L’interaction entre les particules énergétiques et les manteaux induit plusieurs processus tels que les réactions chimiques, les changements de phase et la désorption de molécules. Les effets de l’irradiation par des photons et des ions légers sont étudiés depuis 20 ans. Cependant, les expériences réalisées avec des ions lourds et rapides sont rares dans la littérature. Bien que les ions légers soient plus abondants, le grand pouvoir d’arrêt et le haut rendement de pulvérisation des ions lourds peuvent compenser cet écart numérique. Ce travail résulte d’un projet de collaboration entre la PUC-Rio et le CIMAP-GANIL. L’objectif de ce projet est d’étudier l’effet de l’irradiation de glaces astrophysiques avec des ions lourds et rapides. Les expériences ont été réalisées sur les lignes IRRSUD et SME du GANIL avec des ions Ni (46 et 537 MeV). L’analyse des glaces a été faite par spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR). Quatre cibles ont été irradiées et analysées : H2O, CO, CO2 et H2O :CO :NH3. Les sections efficaces de destruction, de création des molécules produites et les rendements de pulvérisation ont été déterminés pour chaque cible. Les résultats obtenus montrent que les ions lourds sont plus efficaces que les protons pour la pulvérisation des manteaux de glaces alors que les protons sont eux plus efficace pour la synthèse de nouvelles molécules.
No Sistema Solar e em regiões densas do meio interestelar, mantos de gelo constituídos de moléculas pequenas estão expostos à irradiação de partículas ionizantes: fótons, elétrons e íons. A interação entre partículas energéticas e os mantos induzem uma série de processos físicos e químicos no gelo como: reações químicas, mudanças de fase e dessorção de moléculas. Os efeitos da irradiação provocados por fótons e íons leves como prótons e partículas alfas vêm sendo estudados há mais de 10 anos. Porém, experimentos envolvendo a irradiação com íons pesados e rápidos são escarsos na literatura. Apesar dos íons leves serem mais abundantes no espaco, a alta taxa de ionização e o alto rendimento de dessorção induzidos pelos íons pesados podem compensar sua menor abundância. Este trabalho consiste em estudar os efeitos da irradiação de gelos astrofísicos por íons pesados e rápidos, em projeto de colaboração entre as instituições PUC-Rio e CIMAP-GANIL. Os experimentos foram realizados nas linhas de baixa e média energia do acelerador GANIL, utilizando íons de Ni com 46 MeV e 537 MeV de energia cinética. Os gelos foram analisados utilizando a técnica de espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Os quatro gelos irradiados foram: H2O, CO, CO2 e H2O:NH3:CO. As grandezas analisadas foram as seções de choque de destruição destas moléculas, as seções de choque de formação de novas espécies moleculares formadas nos gelos e os rendimentos de dessorção. Os resultados mostram que os íons pesados são mais eficientes do que os prótons na dessorção de moléculas em mantos de gelo no espaço, mesmo considerando as baixas abundâncias deles nos raios cósmicos. Ao contrário, em se tratando de síntese de novas espécies moleculares, os prótons são mais eficientes do que os íons pesados.