Thèse Héritage Interstellaire et Rapports Isotopiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble Direction de la thèse : Aurore BACMANN ORCID 0000000312634986 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59 La phase préstellaire est une phase pivot de la formation d'étoiles. Les coeurs préstellaires, condensations de gaz et de poussières caractérisées par des températures très basses, constituent les conditions initiales de formation stellaire. Ces objets s'effondrent sur eux-même par action de la gravité et donnent ainsi naissance aux protoétoiles, qui évoluent pour former des étoiles entourées de systèmes planétaires. Une question majeure est de comprendre dans quelle mesure la composition des systèmes planétaires est influencée par la composition aux premiers stades de formation d'étoiles.

Une des méthodes à notre disposition pour aborder cette question consiste à observer des traceurs du gaz, déterminer les rapports de différents isotopes de ces traceurs, et à suivre les rapports isotopiques (par exemple 12C/13C) aux phases clés de l'évolution protostellaire. Pour le carbone, différentes valeurs de rapport 12C/13C ont été mis en évidence dans le milieu interstellaire (Lucas et Liszt 1998, Sakai et al. 2007). L'une, proche de 70, est observée dans les molécules comme le CO ou formées à partir du CO, tandis que les molécules possédant des chaînes carbonées (par exemple CCH) sont très appauvries en 13C (Furuya et al. 2011). Ces résultats semblent se retrouver aux stades ultérieurs de la formation stellaire et planétaire (Bergin et al. 2024, Zhang et al. 2021).

Ces rapports isotopiques dépendent des mécanismes de formation des espèces constituant le gaz, qui dépendent eux-mêmes des conditions physiques. L'inhomogénéité des conditions physiques dans les objets considérés complique néanmoins leur mesure, en particulier du fait de la présence de gradients de conditions physiques. Ainsi les études effectuées jusqu'à présent ne se sont intéressées qu'aux valeurs des rapports isotopiques moyennées le long de la ligne de visée.

Le travail de thèse proposé consiste à analyser des spectres des traceurs de gaz abondants du milieu interstellaire, le formaldéhyde (H2CO) et le méthanol (CH3OH), dans un échantillon de coeurs préstellaires, afin d'en déterminer les rapports isotopiques 12C/13C et d'étudier leur variation avec les conditions physiques (densité, température, champ de rayonnement). Ce travail se basera sur Les observations à notre disposition sont des cartes de spectres (provenant du télescope de 30m de l'IRAM) de différentes transitions rotationnelles. Ces espèces permettent de tracer aussi bien des régions denses et froides (coeurs préstellaires) que les filaments moins denses et plus chauds qui les enveloppent, sans émettre dans les régions les plus externes des nuages moléculaires. Les cartes déjà obtenues couvrent un coeur préstellaire et son filament et offrent la possibilité de sonder toute une gamme de conditions physiques. Le travail consistera à modéliser les cartes pour récupérer l'information le long de la ligne de visée (suivant la 3ème dimension), afin d'obtenir les valeurs locales du fractionnement isotopique. L'analyse sera ensuite étendue à des sources plus évoluées de la séquence de formation des étoiles (protoétoiles), et des comparaisons seront effectuées avec des mesures dans les disques protoplanétaires provenant d'un grand programme d'observations ALMA et les modèles de chimie (e.g. Hily-Blant et al. 2018, Loison et al. 2020).

Une partie des outils nécessaires à cette analyse, tels que les codes de transferts de rayonnement, sont déjà disponibles. Par ailleurs, les méthodes permettant de déterminer la structure physique et chimique le long de la ligne de visée seront optimisées. En particulier, les techniques d'intelligence artificielle, actuellement en cours de développement au sein de l'équipe de thèse, pourront être perfectionnées et intégrées dans cette démarche. Ce travail de recherche s'inscrit dans la thématique de l'évolution de la matière interstellaire, depuis le milieu interstellaire jusqu'à son incorporation dans les planètes et les petits corps des systèmes stellaires, en s'appuyant sur les capacités des grands instruments actuels tels qu'ALMA et JWST. À ce jour, il demeure incertain si la matière constituant les planètes est directement héritée du milieu
interstellaire ou si une modification significative des constituants et de leurs abondances se produit au sein du disque protoplanétaire.
Grâce à l'interféromètre ALMA, il est désormais possible d'accéder à des mesures précises des rapports isotopiques dans le gaz lors des
diérentes phases de formation stellaire. Par ailleurs, le JWST permet, pour la première fois, de déterminer avec une grande précision les
rapports isotopiques des glaces interstellaires dans la phase solide.

L'étudiant(e) aura suivi un cursus en physique avec une spécialisation en astrophysique (M2 d'astrophysique), et fera preuve d'aisance en programmation (python ou autre)