La forme des motifs spectraux des poussières interstellaires dans l'infrarouge moyen
La forme des motifs spectraux des poussières interstellaires dans l'infrarouge moyen

fig 1: (453x321 6Ko)

Exemples de spectres émis par les poussières interstellaires dans l'infrarouge moyen, observés par l'instrument ISOCAM à bord du satellite ISO, dans le nuage moléculaire dit de Rho-Ophiuchi et dans la nébuleuse en réflection NGC 7023.

Points: résultats de l'observation.

fig 2: (468x326 6Ko)
Pointillés: profils de Lorentz ajusté sur chaque motif spectral.

Trait continu: somme des profils de Lorentz. Noter l'excellent accord entre le spectre synthétique ainsi construit et les données, ce qui démontre que les motifs spectraux élémentaires sont bien de la forme de Lorentz

Les poussières interstellaires présentent des raies en émission aux longueurs d'onde de 6.2, 7.7, 8.3, 11.3 et 12.8 microns. Les émetteurs sont le plus généralement assimilés à des molécules particulières, les hydrocarbures polycycliques aromatiques, dits "PAH". Constitués d'un réseau hexagonal de carbone (structure du graphite) entouré d'atomes d'hydrogène, ils sont très résistants aux conditions hostiles du milieu interstellaire et présentent les motifs spectraux typiques cités, qui dépendent peu de la forme et de la taille. Ils sont formés d'une vingtaine à quelques centaines d'atomes, nettement plus grands que les autres molécules interstellaires.

Les motifs spectraux ont une forme significative. Ils sont plus larges que les raies interstellaires, et surtout présentent un profil dit "de Lorentz" (Fig. 1), en opposition aux autres raies interstellaires qui sont plus étroites, avec un profil dit "de Gauss". Cette constatation signale un phénomène physique de base. La largeur d'un motif spectral est inversement proportionnelle à la durée de vie en l'état excité du niveau atomique ou moléculaire qui lui donne naissance (incertitude d'Heisenberg). Dans les petites molécules ou les atomes, ce temps est relativement long, les raies sont étroites, et la largeur observée est due à l'agitation thermique du milieu (d'où la forme de Gauss). Pour les PAH, la situation est inversée. Ces grosses molécules sont capables d'absorber toute l'énergie d'un photon du domaine visible ou ultraviolet sans être détruites ; elles sont simplement portées à une température de quelque centaines de degrés Kelvin. L'énergie absorbée se répartit instantanément dans les très nombreux modes de vibrations, et passe d'un mode à l'autre en une fraction de picoseconde (10-12 seconde: phénomène dit de "conversion vibrationnelle interne"). La largeur du motif reflète la durée de vie du dernier mode vibrationnel occupé avant l'émission. Des études théoriques et expérimentales sur de grandes molécules le confirme et conduisent à des largeurs comparables à celles qui sont rapportées ici. Ces constations apportent une confirmation substantielle à l'attribution des motifs spectraux observés dans l'infrarouge moyen à des molécules du type hydrocarbure polycyclique aromatique (PAH).

Ce travail est fondé sur des observations effectuées avec le spectrographe ISOCAM à bord du satellite ISO.
 

Maj : 25/09/1998 (983)

 

Retour en haut