Propriétés des PAH en phase gazeuse pour le milieu interstellaire – GASPARIM

Dans la communauté des astronomes, les molécules polycycliques aromatiques hydrogénées (PAH) sont considérées comme les porteurs de bandes d’émission observées dans l’infrarouge (IR) moyen dans de nombreuses régions de notre Galaxie où les photons ultraviolets (UV) déterminent la chimie. L’observation de ces bandes s’étend aujourd’hui à des galaxies jusqu’à des décalages vers le rouge z>3. Le succès du modèle PAH en astrophysique repose sur le mécanisme d’émission: suite à l’absorption d’un seul photon UV, ces PAH peuvent atteindre des températures élevées et émettre dans l’ensemble des bandes IR y compris celle à 3.3 microns. L’inconvénient du modèle est l’absence d’identification d’espèces individuelles. La spectroscopie étant le principal diagnostic pour sonder la matière interstellaire, des expériences de laboratoire dans l’ensemble du domaine spectral où ces espèces possèdent des signatures spectrales sont nécessaires. Ces expériences doivent se faire dans des conditions reproduisant au mieux celles de l’espace interstellaire et impliquer de bons analogues en laboratoire obtenus en simulant les mécanismes moléculaires mis en jeu dans la physique et la chimie de ces espèces interstellaires. L’ambition du projet GASPARIM est d’aborder l’ensemble de ces questions en réunissant une équipe interdisciplinaire possédant une expertise large dans ce domaine, tant au niveau expérimental que théorique. Nous proposons d’apporter des données nouvelles et originales qui pourront être comparées directement aux données astronomiques: spectre IR en émission de PAH excités par des photons UV, signatures en émission dans l’IR lointain, signatures électroniques de nouvelles espèces PAH. Le spectre IR moyen fournit des informations importantes sur la nature des espèces émettrices mais qui ne peuvent être décodées qu’en prenant en compte les effets anharmoniques. L’un des enjeux de GASPARIM est de mettre en place des expériences qui donneront accès à la spectroscopie IR de PAH excités par des photons UV. Un autre défi sera de produire une analyse théorique quantitative de l’anharmonicité vibrationnelle pour des systèmes de plus en plus grands. Des études seront également menées dans l’IR lointain en lien avec les observations de l’observatoire spatial Herschel qui explore ce domaine spectral avec une sensibilité sans précédent et une grande résolution spectrale. Les modes de vibration à basse fréquence sont mieux adaptés pour identifier des espèces individuelles que ceux de l’IR moyen qui sont spécifiques des liaisons chimiques locales. C’est aussi le cas des transitions électroniques, et il est important de rechercher leur lien avec les bandes diffuses interstellaires (DIB) observées essentiellement dans le domaine visible. Dans ce contexte, nous tirerons profit d’outils expérimentaux développés dans nos laboratoires pour mesurer le spectre à basse température d’espèces difficiles à isoler comme des PAH de grande taille et des espèces déshydrogénées. Ces mesures combinées à des calculs théoriques permettront d’évaluer la capacité de chaque nouvelle famille à présenter des propriétés compatibles avec les DIB, en particulier en terme de force d’oscillateur et de profil spectral. Enfin, un aspect important à considérer est qu’il n’existe pas de scénario évident de reconstruction de PAH dans les nuages moléculaires et que cela met des contraintes fortes sur la durée de vie des PAH dans le cycle de la poussière interstellaire. La possibilité de former des agrégats de PAH et des PAH de plus grande taille à partir de collisions non-réactives ou réactives sera explorée. Les signatures spectroscopiques des agrégats feront l’objet de mesures spécifiques grâce à l’utilisation d’un spectromètre PEPICO et du rayonnement synchrotron SOLEIL. D’un point de vue théorique, nous nous attaquerons à la question de la délocalisation de la charge dans des agrégats chargés.