Projet ANR-11-PDOC-0031 – FeedbackISM : Signatures dynamique et chimique des rétroactions protostellaires dans le milieu interstellaire formant des étoiles.
Programme : Retour Post-Doctorants (RPDOC)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Benoit COMMERCON (Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique)
Partenaires : Laboratoire d'Étude et de Recherche sur le Monde Anglophone
Montant : 349412.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Signatures dynamique et chimique des rétroactions protostellaires dans le milieu interstellaire.Ce projet a pour cadre l'astrophysique théorique. Nous proposons de confronter nos résultats théoriques aux observations afin d'aider à l'amélioration de notre compréhension du processus de formation des étoiles. Les résultats seront obtenus en utilisant des codes numériques intégrant des processus dynamiques, chimiques et de transfert radiatif.
ObjectifsNous nous intéresserons à l’effondrement et à l’évolution de nuages moléculaires massifs (jusqu’à quelques milliers de masses solaires réparties sur plusieurs parsec), turbulents et magnétisés. C’est au sein de ces nuages moléculaires que se forment les étoiles. Nous utiliserons l’outil unique de magnéto-hydrodynamique radiative RAMSES et étudierons les interactions entre le milieu interstellaire et la formation des étoiles. Nos modèles intégrerons les rétroactions dynamique et thermique des protoétoiles sur l’évolution chimique des nuages moléculaires. En particuliers, nous étudierons les régions au sein desquelles le gaz est éjecté de l’environnement des protoétoiles sous la forme de jet et de vent. La structure multidimensionnelle des nuages sera ensuite utilisée pour modéliser l’évolution chimique grâce au code d’astrochimie ALCHEMIC, intégrant des centaines de molécules et glaces et des milliers de réactions. Les structures chimique et physique seront ensuite utilisées par le code de transfert radiatif RADMC-3D afin de produire des cartes synthétiques d’émission de poussière et d’émission dans les raies. Ces cartes formeront le socle d’une meilleure interprétation physique des observations, ces dernières étant promises à de considérables avancées dans les prochaines années avec la publication des données HERSCHEL et la mise en service du radio-interféromètre ALMA (Atacama Large Millimetre Array). Ce projet propose de relier étroitement théorie et observations et contribuera à une meilleure compréhension de la formation des étoiles.
Méthodescf. english part
Résumé de la soumission : Ce projet a pour cadre l’astrophysique théorique. Le but est d’améliorer notre connaissance des processus conduisant à la formation des étoiles en confrontant résultats théoriques et observations. Les résultats théoriques seront obtenus à partir d’outils numériques de pointe intégrant des processus dynamiques, chimiques et radiatif. Nous nous intéresserons à l’effondrement et à l’évolution de nuages moléculaires massifs (jusqu’à quelques milliers de masses solaires réparties sur plusieurs parsec), turbulents et magnétisés. C’est au sein de ces nuages moléculaires que se forment les étoiles. Nous utiliserons l’outil unique de magnéto-hydrodynamique radiative RAMSES et étudierons les interactions entre le milieu interstellaire et la formation des étoiles. Nos modèles intégrerons les rétroactions dynamique et thermique des protoétoiles sur l’évolution chimique des nuages moléculaires. En particuliers, nous étudierons les régions au sein desquelles le gaz est éjecté de l’environnement des protoétoiles sous la forme de jet et de vent. La structure multidimensionnelle des nuages sera ensuite utilisée pour modéliser l’évolution chimique grâce au code d’astrochimie ALCHEMIC, intégrant des centaines de molécules et glaces et des milliers de réactions. Les structures chimique et physique seront ensuite utilisées par le code de transfert radiatif RADMC-3D afin de produire des cartes synthétiques d’émission de poussière et d’émission dans les raies. Ces cartes formeront le socle d’une meilleure interprétation physique des observations, ces dernières étant promises à de considérables avancées dans les prochaines années avec la publication des données HERSCHEL et la mise en service du radio-interféromètre ALMA (Atacama Large Millimetre Array). Ce projet propose de relier étroitement théorie et observations et contribuera à une meilleure compréhension de la formation des étoiles.
Résultats : e projet a débuté le 1er avril 2012. Depuis, nous avons mis en place des moyens humains  et matériels importants afin de respecter le calendrier des tâches soumis à l'ANR.
Le premier fait marquant du projet fut le développement de nouvelles méthodes numériques pour notre modèle. En premier, le projet ANR a financé le stage de Vincent Debout, étudiant du Master 2 d'Astrophysique de Bordeaux. Ce stage, d'une durée de 5 mois, a porté sur l'amélioration du schéma numérique utilisé par le code RAMSES pour effectuer les simulations de magnéto-hydrodynamique radiative d'effondrement de coeurs denses (passage à une méthode dite de “pas de temps adaptatif”).  Les résultats de ce stage sont à la hauteur des attentes, avec des gains en terme de temps de calcul de l'ordre d'un facteur 20. Dans le même temps, en collaboration avec Matthias Gonzalez (Maître de Conférence à l'Université Paris VI, Laboratoire AIM), Neil Vaytet (postdoctorant au CRAL ENS Lyon) et Jacques Masson (doctorant au CRAL ENS Lyon), nous avons intégré un modèle multi-fréquence pour le transfert radiatif dans le code RAMSES, couplé avec les améliorations apportées par Vincent Debout. Ces développements nous permettent aujourd'hui de bénéficier d'un modèle numérique compétitif, nécessaire pour la suite du projet. Enfin, l'intégration des particules puits en terminée et ces dernières ont été couplées au code d'évolution de pré-séquence principale pour les protoétoiles de faible masse développé par Isabelle Baraffe (Université d'Exeter, Angleterre) et Gilles Chabrier (CRAL ENS Lyon). Ainsi, nous sommes en mesure de prendre en compte la rétroaction radiative des protoétoiles en formation sur la dynamique du coeur en effondrement.
Perspectives : - Proposition de stage M2 afin de coupler un modele sous-maille de jets protostellaires.
- Intégration d'un réseau chimique réduits permettant de prendre en compte le refroidissement dans les raies atomiques et moléculaires (postdoc de Natalia Dzyurkevich débuté le 1er octobre 2012)
- Simulations grandes échelles (demande de temps de calcul pour 2013 de 500 000 heures)
Publications et brevets : Articles en cours de rédaction sur la formation des étoiles massives et les rétroactions des processus radiatifs et magnétiques.