{"id":4081,"date":"2015-06-23T10:00:17","date_gmt":"2015-06-23T08:00:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www-new.ias.u-psud.fr\/?p=4081"},"modified":"2026-09-24T16:56:07","modified_gmt":"2026-09-24T14:56:07","slug":"de-la-glace-interstellaire-sous-rayonnements-cosmiques-lourds","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ias.u-psud.fr\/index.php\/2015\/06\/23\/de-la-glace-interstellaire-sous-rayonnements-cosmiques-lourds\/","title":{"rendered":"De la glace interstellaire sous rayonnements cosmiques lourds"},"content":{"rendered":"\t\t
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De la glace interstellaire sous rayonnements cosmiques lourds<\/h1>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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Une \u00e9quipe pluridisciplinaire rassemblant des chercheurs de l\u2019IAS, du CIMAP, l\u2019IPNO, le GANIL, et l\u2019Universit\u00e9 Catholique PUC de Rio de Janeiro a caract\u00e9ris\u00e9 en laboratoire l\u2019effet des rayons cosmiques lourds sur la structure et la pulv\u00e9risation de glace d\u2019eau dans des environnements interstellaire et plan\u00e9taire. Ces exp\u00e9riences permettent d\u2019\u00e9tudier les changements de phase induits par des ions lourds, similaires aux rayons cosmiques galactiques. Elles viennent compl\u00e9ter et \u00e9tendre les connaissances d\u00e9j\u00e0 obtenues \u00e0 plus basses \u00e9nergies. En plus des changements de phase, cette \u00e9tude r\u00e9v\u00e8le l\u2019importance des taux d\u2019\u00e9mission de mol\u00e9cules d\u2019eau vers le vide par les ions lourds galactiques, ou pulv\u00e9risation, des glaces interstellaires pr\u00e9sentes dans les nuages interstellaires denses et froids.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\n<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Fig1: A gauche, mod\u00e8le de glace d\u2019eau poreuse avant irradiation. A droite, mod\u00e8le de glace d\u2019eau apr\u00e8s compaction par le rayonnement cosmique et pulv\u00e9risation des mol\u00e9cules en surface.<\/em><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\n<\/div>\n
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Les simulations et mesures en laboratoire des processus induits par les rayonnements observ\u00e9s dans l\u2019espace, permettent de contraindre leur importance. L\u2019objectif de ces \u00e9tudes est de fournir des donn\u00e9es sur l\u2019\u00e9volution de la mati\u00e8re interstellaire, de comprendre son \u00e9volution ult\u00e9rieure et d\u2019apporter des contraintes pour les mod\u00e9lisateurs des milieux astrophysiques. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\n<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Fig2: Aper\u00e7u du dispositif exp\u00e9rimental mis en \u0153uvre pour \u00e9tudier au moyen d\u2019un spectrom\u00e8tre infrarouge (FTIR) <\/em>l\u2019\u00e9volution de la structure d\u2019\u00e9chantillons de glace bombard\u00e9s par des ions lourds d\u00e9livr\u00e9s par les cyclotrons du GANIL.<\/em><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\n<\/div>\n
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Pour ces simulations exp\u00e9rimentales, de la vapeur d\u2019eau est condens\u00e9e sous forme d\u2019une fine couche de glace sur un substrat maintenu \u00e0 une temp\u00e9rature \u00e0 laquelle la glace produite est cristalline ou amorphe (\u00e0 tr\u00e8s basse temp\u00e9rature, la glace form\u00e9e par condensation est d\u00e9sordonn\u00e9e et poreuse). Les effets de l\u2019irradiation par les ions lourds de l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur du GANIL sont alors \u00e9tudi\u00e9s en fonction de la temp\u00e9rature par spectroscopie infrarouge, qui pr\u00e9sente le double avantage de permettre de suivre l\u2019\u00e9volution structurale de la glace et de d\u00e9terminer le nombre de mol\u00e9cules r\u00e9\u00e9mises vers le vide. L\u2019ensemble des op\u00e9rations est effectu\u00e9 in-situ dans un dispositif mis au point par le CIMAP.

Sous irradiation par des ions lourds, quel que soit l\u2019\u00e9tat initial de la glace, cristallin ou amorphe et poreux, l\u2019irradiation conduit vers un m\u00eame \u00e9tat : une glace amorphe compacte, la compaction \u00e9tant cependant trois fois plus efficace que l\u2019amorphisation de la phase cristalline. Que ce soit les m\u00e9canismes de formation de la glace d\u2019eau en surface des grains interstellaires, l\u2019irradiation UV ou l\u2019irradiation par les rayons cosmiques, la structure des glaces dans l\u2019espace \u00e9volue vers une phase compacte, qui permet d\u2019expliquer le fait qu\u2019aucune glace amorphe poreuse n’ait \u00e9t\u00e9 observ\u00e9e jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent.

Ces exp\u00e9riences montrent que parmi les particules pr\u00e9sentes dans le rayonnement galactique, les ions lourds de tr\u00e8s grande \u00e9nergie, bien que minoritaires en abondance, ont un impact majeur du fait de leur tr\u00e8s grande efficacit\u00e9. Les taux de pulv\u00e9risation \u00e9lev\u00e9s sont, en particulier pour la glace d\u2019eau, importants par rapport \u00e0 d\u2019autres m\u00e9canismes de r\u00e9injection comme la photod\u00e9sorption par les photons ultraviolets pr\u00e9sents dans l\u2019espace. Ils fournissent un m\u00e9canisme de r\u00e9injection dans la phase gazeuse efficace d\u2019une partie des manteaux de glace pr\u00e9sents dans les nuages mol\u00e9culaires.

Cette recherche exp\u00e9rimentale est d\u00e9crite dans une s\u00e9rie d\u2018articles, dont le dernier vient d\u2019\u00eatre publi\u00e9 dans la revue Astronomy & Astrophysics<\/em>.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\n<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Fig3: En haut : \u00e9volution \u00e0 basse temp\u00e9rature (13.6K) du spectre infrarouge d\u2019un film de glace cristallin irradi\u00e9 avec des ions de nickel \u00e0 une \u00e9nergie de 46 MeV. La bande d\u2019absorption correspond \u00e0 une vibration de la liaison entre l\u2019atome d\u2019oxyg\u00e8ne et d\u2019hydrog\u00e8ne dans la mol\u00e9cule d\u2019eau condens\u00e9e sous forme de glace. Le spectre, tr\u00e8s structur\u00e9 au d\u00e9part de par la phase cristalline, s\u2019\u00e9largit et perd cette structure sous l\u2019effet des ions qui rendent amorphe la structure de la glace.<\/em><\/div>
Cette \u00e9volution est suivie au cours de l\u2019irradiation dans le panneau du bas par le changement d\u2019intensit\u00e9 de cette absorption en fonction du nombre d\u2019ions incident par unit\u00e9 de surface. On observe dans un premier temps une baisse d\u2019intensit\u00e9 associ\u00e9e \u00e0 l\u2019amorphisation de la glace (qui suit la loi en pointill\u00e9 rouge), puis en fin d\u2019irradiation, une baisse li\u00e9e \u00e0 la pr\u00e9valence de la pulv\u00e9risation de la glace, m\u00e9canisme qui \u00e9jecte des mol\u00e9cules d\u2019eau sous forme gazeuse.<\/em><\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\n<\/div>\n
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Contacts<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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R\u00e9f\u00e9rents (scientifiques et techniques) <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Emmanuel Dartois<\/a>, IAS, CNRS<\/p>

Philippe Boduch<\/a> et Hermann Rothard<\/a>, Centre de Recherche sur les Ions, les Mate\u0301riaux et la Photonique, CEA\/CNRS\/ENSICAEN\/Universit\u00e9\u0301 de Caen-Basse Normandie, Caen, France.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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R\u00e9f\u00e9rences<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Publications associ\u00e9es :<\/p>

  • Heavy ion irradiation of crystalline water ice, cosmic ray amorphisation cross-section and sputtering yield, E. Dartois, B. Aug\u00e9, P. Boduch, R. Brunetto, M. Chabot, A. Domaracka, J.J. Ding, O. Kamalou, X.Y. Lv, H. Rothard, E.F. da Silveira5 and J.C. Thomas4, Astronomy & Astrophysics 576 (2015) A125, doi: 10.1051\/0004-6361\/201425415<\/li>
  • \u00ab Compaction of porous ices rich in water by swift heavy ions \u00bb, C.F. Mej\u00eda, A.L.F. de Barros, E. Seperuelo Duarte, E.F. da Silveira, E. Dartois, A. Domaracka, H. Rothard and P. Boduch, Icarus 250 (2015) 222 \u2013 229, doi: 10.1016\/j.icarus.2014.12.002<\/li>
  • \u00ab Swift heavy ion irradiation of water ice at MeV to GeV energies, approaching true cosmic ray compaction \u00bb, E. Dartois, J.J. Ding, A.L.F. de Barros, P. Boduch, R. Brunetto, M. Chabot, A. Domaracka, M. Godard, X.Y. Lv, C.F. Mejia Guaman, T. Pino, H. Rothard, E.F. da Silveira and J.C. Thomas, Astronomy & Astrophysics 557 (2013) A97, doi: 10.1051\/0004-6361\/201321636<\/li><\/ul>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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    Notes :
    Les r\u00e9sultats ont \u00e9t\u00e9 obtenus gr\u00e2ce au montage de l\u2019exp\u00e9rience sur les lignes Irrsud, SME et LISE du GANIL. Ce travail a b\u00e9n\u00e9fici\u00e9 du soutien des projets ANR IGLIAS, ainsi que de l’INSU, de l’INP, du CNRS et de l’Universit\u00e9 de Caen, de l’Universit\u00e9 Paris-Sud, et de l\u2019Universit\u00e9 Catholique PUC de Rio de Janeiro.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\n<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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