La Chimie Des Isomères de Spin Nucléaire Dans Les - Lyon, France - Université Grenoble Alpes

Université Grenoble Alpes

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Lyon, France

il y a 3 semaines

Posté par:

Sophie Dupont

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Description

**La chimie des isomères de spin nucléaire dans les disques protoplanétaires // Chemistry of nuclear-spin isomers in protoplanetary disks**:

- Réf **ABG-123713**
**ADUM-57300**
- Sujet de Thèse- 07/05/2024- Contrat doctoral- Université Grenoble Alpes- Lieu de travail- Saint Martin d'Hères - France- Intitulé du sujet- La chimie des isomères de spin nucléaire dans les disques protoplanétaires // Chemistry of nuclear-spin isomers in protoplanetary disks- Mots clés- astrophysique, disque protoplanétaire, isomères de spin nucléaire
- astrophysics, protoplanetary disks, nuclear-spin isomers**Description du sujet**:

- L'origine et la distribution des éléments volatils tels que H, C, N et S dans le système solaire sont mal comprises. En particulier, la fraction de matière interstellaire 'pristine' (non transformée) dans les comètes et les astéroïdes reste mal connue. Pourtant, cette question est essentielle pour comprendre la formation des étoiles et des planètes en général et pour évaluer la généricité du système solaire. Il s'agit également d'une question clé en astrobiologie, car les comètes et les astéroïdes ont pu délivrer une grande quantité de matière organique complexe sur la Terre primitive.
- Malgré les progrès récents réalisés dans l'étude des disques protoplanétaires, des questions fondamentales restent ouvertes, telles que la distribution spatiale de la température du gaz, la fraction d'ionisation, etc. Des avancées dans ce domaine nécessitent de nouvelles sondes sensibles et précises des conditions physiques et chimiques. Le présent projet vise à ouvrir une nouvelle fenêtre sur l'étude des disques en permettant la modélisation de la chimie de molécules présentant des isomères de spin nucléaire. Le principal résultat sera le premier modèle de chimie ortho/para des disques protoplanétaires. Ce modèle sera comparé aux observations existantes et à venir (IRAM, ALMA, JWST) de molécules clés comme l'eau.
- L'hydrogène étant de loin l'élément le plus abondant dans le milieu interstellaire (MIS), une fraction importante de C, N, O et S se trouve dans de petites molécules hydrogénées telles que CH4, NH3, H2O, etc. Ces molécules offrent de puissants outils de diagnostic afin de retracer l'histoire chimique du système solaire. Par exemple, l'enrichissement en deutérium de l'eau (i.e. le rapport HDO/H2O) dans le système solaire a été attribué à un héritage interstellaire [1]. De même, les rapports ortho/para (ROP) de H2O, NH3, etc. pourraient tracer un lien entre glaces interstellaires et cométaires. Les molécules ayant des atomes d'hydrogène équivalents existent en effet sous la forme d'isomères de spin nucléaire distincts (para, ortho, etc.) dont l'interconversion en phase gazeuse est interdite ou très lente.
- Notre groupe a développé le réseau chimique ortho/para le plus complet pour le gaz interstellaire dense, en utilisant les résultats théoriques et de laboratoire les plus récents. En utilisant notre réseau de chimie UGAN, nous avons pu reproduire les faibles rapports ortho/para (OPR) de H2O et NH3 mesurés dans le MIS [2,3]. Ces résultats suggèrent que les OPR observés peuvent aider à déduire les voies chimiques et les conditions de formation de molécules clés, comme H2CO et C3H2 observés récemment avec l'interféromètre ALMA [4,5].-
The origin and distribution of volatile elements such as hydrogen (H), carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O) and sulphur (S) in the solar system is not fully understood. In particular, the fraction of pristine (unprocessed) interstellar material in comets and asteroids remains poorly constrained. Yet this question is critical to understand star and planet formation in general and to assess how typical is the solar system. This is also a key question of astrobiology because comets and asteroids are thought to have delivered a vast quantity of complex organic matter to the early Earth.
- Despite the major progress in protoplanetary disk studies in the last decade, fundamental questions remain open, such as the spatial distribution of the gas temperature, the ionization fraction, etc. Advances in the field require new sensitive and accurate probes of the physical and chemical conditions in circumstellar disks. The present PhD projet aims at opening a new window on disk studies by enabling the modeling of nuclear-spin isomer chemistry. The main outcome of the PhD will be the first comprehensive gas-grain, ortho/para chemical model of protoplanetary disks. The new model will be compared with existing and forthcoming (IRAM, ALMA, JWST) observations of key molecules like water.
- Because hydrogen is by far the most abundant element in the interstellar medium (ISM), a significant fraction of C, N, O and S are found in small hydrogenated molecules such as CH4, NH3, H2O, H2CO and H2S. These molecules offer powerful diagnostic tools for tracing the chemical history of the solar