L’avènement des nouveaux observatoires du milieu interstellaire comme l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) et le NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA), qui observent les objets distants du milieu interstellaire dans la gamme du millimétrique et sub-millimétrique (au sens large, 5 GHz – 1 THz), s’accompagne d’un besoin pressant de données obtenues en laboratoire dans cette gamme spectrale sur des molécules d’intérêt astrophysique.
Dans le but de permettre de nouvelles détections d’espèces moléculaires dans le milieu interstellaire, notre équipe exploite et développe des outils expérimentaux et théoriques de pointe pour étudier des molécules, à la fois stables et réactives. Les molécules qui nous intéressent s’étendent de petits radicaux organiques (diatomiques à 7-8 atomes) aux molécules carbonées à couche fermée de grande taille (une vingtaine d’atomes; PAHs, diamandoïdes et leurs dérivés).
Notre équipe possède une activité instrumentale soutenue effectuée à l’ISMO et sur la ligne infrarouge AILES du synchrotron SOLEIL où nous disposons d’un accès privilégié. Nous enregistrons ainsi les spectres de rotation pure et de ro-vibration des molécules d’intérêt dans une gamme qui s’étend des longueurs d’ondes millimétriques à l’infrarouge moyen où les transitions observées sont équivalentes à des cartes d’identité des molécules.
Spectroscopie des ondes millimétriques à THz à l’ISMO
Nous disposons de spectromètres sub-millimétrique permettant de balayer la gamme 75-1500 GHz au moyen de sources électroniques (par chaîne de multiplication de fréquence), d’un spectromètre large bande (chirped-pulse) dans la gamme 75-110 GHz. Un accès récent au signaux de référence REFIMEVE+ nous permet d’ouvrir un nouvel axe de recherche sur la spectroscopie à haute résolution dans la gamme THz pour laquelle nous développons un spectromètre exploitant une technique de photomélange.
Plusieurs dispositifs nous permettent d’étudier différentes familles de molécules :
– Cellules permettant l’étude de molécules à faible réactivité
– Cellules dédiés aux espèces réactives (radicaux, ions, molécules transitoires) produites par différentes techniques (décharges électrique, radiofréquence, micro-onde, ou ablation d’hydrogène par atome de fluor)
– Jet supersonique équipé d’un système de décharge électrique
Spectroscopie infrarouge lointain à SOLEIL
Notre équipe exploite le rayonnement synchrotron infrarouge lointain extrait par la ligne infrarouge AILES du synchrotron SOLEIL pour enregistrer et analyser les spectres d’absorption d’espèces moléculaires en phase gazeuse. Ces spectres sont enregistrés notamment grâce à un interféromètre à Transformation de Fourier (de type Bruker IFS125) dont la résolution ultime de 30 MHz permet de résoudre la structure rotationnelle d’un grand nombre de systèmes moléculaires. En association avec la ligne AILES et l’interféromètre Bruker, nous avons développé plusieurs montages expérimentaux destinés à l’étude spectroscopiques de famille de molécules très variées :
– Une cellule à grande longueur d’absorption fonctionnant à température ambiante permet l’étude d’espèces carbonées relativement grande ;
– Des cellules à décharge et pyrolyse peuvent être installées pour enregistrer les spectres dans l’infrarouge lointain molécules radicalaires ;
– En collaboration étroite avec le consortium « jet-AILES », un jet supersonique continu permet d’étudier les spectres de complexes moléculaires ainsi que des molécules contenant plus de 20 atomes refroidies dans l’expansion supersonique.
Nous sommes également très impliqués dans la mise en œuvre d’un nouveau spectromètre dont le principe de fonctionnement repose sur le mélange hétérodyne du rayonnement synchrotron avec diverses sources de laboratoire (lasers moléculaires, sources hyperfréquences) permettant d’enregistrer des spectres d’absorption avec une résolution de quelques dizaines de kHz dans la région de l’infrarouge lointain. Ce spectromètre peut être associé avec l’ensemble des dispositifs expérimentaux listés ci-dessus.
Contacts :
Marie-Aline Martin-Drumel
Olivier Pirali