A l’Institut d’Astrophysique Spatiale, des expériences sont menées pour reproduire, en laboratoire, la poussière présente entre les étoiles. On parle alors d’analogues de laboratoire. Les carbones amorphes hydrogénés (a-C:H) sont des analogues d’une partie importante de la poussière interstellaire. Leurs spectres d’absorption dans l’infrarouge reproduisent ceux observés par les satellites et télescopes dans le milieu interstellaire diffus de la Voie Lactée et de nombreuses autres galaxies. Ces échantillons de laboratoire ont également la propriété d’émettre de la lumière visible lorsqu’ils sont soumis à un rayonnement semblable à celui des étoiles. Cette « photoluminescence » d’analogues interstellaires a été étudiée et caractérisée de manière détaillée. Les résultats ont été comparés aux observations du milieu interstellaire, notamment à une émission observée dans de nombreux environnements astrophysiques, appelée l’émission rouge étendue (ERE). La photoluminescence des a-C:H pourrait en être responsable.

Les carbones amorphes hydrogénés (a-C:H) ont été identifiés comme le matériau responsable de signatures spectrales largement observées dans le milieu interstellaire diffus de la Voie Lactée et d’autres galaxies. Ces signatures se présentent sous la forme de bandes d’absorption observées autour des longueurs d’onde infrarouges à 3.4, 6.85 et 7.25 microns. Des analogues de laboratoire de cette partie importante de la poussière interstellaire sont produits à l’IAS sous forme de films de quelques microns d’épaisseur déposés sur un substrat (cf. montage sur la figure 1).







Comme le montre la figure 2, lorsque ces échantillons d’analogues sont soumis à un rayonnement ultraviolet et/ou visible, ils réémettent à plus grande longueur d’onde une partie de l’énergie absorbée. Cette émission se présente sous la forme d’une lumière de couleur jaune à rouge suivant le matériau et ses conditions de production. Cette photoluminescence d’analogues interstellaires mesurée en laboratoire a été caractérisée précisément afin de pouvoir évaluer sa contribution à l’émission de la poussière interstellaire et d’être comparée aux observations astrophysiques. Le rendement absolu de photoluminescence (le rapport entre le nombre de photons émis et absorbés), ainsi que l’influence de la longueur d’onde d’excitation ont notamment été déterminés.


Ces résultats sont confrontés aux observations d’une large bande d’émission dans le rouge, appelée émission rouge étendue (ERE). Cette signature spectrale est observée dans de nombreux environnements interstellaires (par exemple dans la nébuleuse du rectangle rouge montrée sur la figure 3). Elle est détectée en majorité autour des étoiles, avec des rendements estimés autour de quelques dixièmes de pourcent à quelques pourcents, tandis que les quelques observations dans le milieu interstellaire diffus ont abouti à l’estimation d’un rendement supérieur à 10%. L’ERE est probablement due à de la photoluminescence de poussières interstellaires. De nombreux candidats ont été proposés durant les 25 dernières années, mais à ce jour, aucun n’a été clairement identifié comme le porteur de l’ERE. Les carbones amorphes hydrogénés étant l’un des candidats, nous avons comparé les propriétés de l’ERE déduites des observations (rendement, position et largeur de la bande) avec celles de la photoluminescence d’a-C:H de laboratoire. Les résultats obtenus avec les a-C:H sont compatibles avec la plupart des observations de l’ERE (correspondant aux observations autour des sources stellaires). Cependant, le rendement de l’ERE dans le milieu interstellaire diffus, estimé il y a une dizaine d’années à partir d’observations difficiles, n’est atteint par aucun des porteurs proposés à ce jour. Cela montre le besoin impérieux d’effectuer des observations additionnelles et plus précises de l’ERE dans ce milieu diffus.

Reference :
« Photoluminescence of hydrogenated amorphous carbons. Wavelength-dependent yield and implications for the extended red emission » M. Godard & E. Dartois, 2010, A&A, 519, A39

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Marie Godard, marie.godard at ias.u-psud.fr, (33) 1 69 85 86 83