Mise à jour le 31 Octobre 2008
 
 
     
CONFÉRENCE
"LE DEUTÉRIUM TRACEUR DU MILIEU INTERSTELLAIRE"
Par Laurent PAGANI Observatoire de Paris
Organisée par la SAF
À la FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
 
Le Jeudi 23 Octobre 2008 à 20H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.
Laurent ¨Pagani a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en ppt), elle est disponible sur ma liaison ftp elle est dans le dossier cosmologie SAF et s'appelle. : Deuterium-SAF.pdf  
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
Le CR sera bref car la présentation est disponible sur le Net.
 
 
 
 
 
 
Laurent Pagani, DEA d'astrophysique de Paris VII, actuellement à l'Observatoire de Paris, est un spécialiste de la radio astronomie du milieu interstellaire.
 
Il nous parle ce soir du Deutérium, ou Hydrogène lourd, corps fondamental dans la nucléosynthèse.
 
L'atome d'Hydrogène est le plus simple de l'Univers (il constitue 90% du nombre des atomes de l'Univers!) : un proton constitue le noyau et un électron qui tourne autour; si on rajoute un neutron dans le noyau, on obtient un isotope (même nombre de protons et d'électrons et plus ou moins de neutrons), dans ce cas c'est du Deutérium (D), ou Hydrogène lourd (si on rajoute encore un neutron, on obtient du Tritium).
Beaucoup d'isotopes sont stables, les autres sont radioactifs, ils décroissent dans le temps en émettant des radiations et au bout d'un certain temps aboutissent à un corps stable.
 
 
 
 
 
LA NUCLÉOSYNTHÈSE.
 
 
 
En astronomie, l'intérêt du Deutérium réside dans le fait qu'il a été élaboré pendant la nucléosynthèse primordiale, au tout début du Big Bang (BB), là où se sont formés les quelques éléments légers de l'Univers (H; D; He; Li; Be).
Ceci rend la proportion de D par rapport à H essentielle pour la compréhension du BB.
 
 
L'abondance initiale de D est fixée par le rapport baryons/photons (notée eta en grec : h)
 
Le D est un isotope fragile synthétisé dans les premiers instants du BB et qui est détruit à haute température, mais comme la température a baissé rapidement suite à l'expansion, cela a arrêté à un moment la disparition du Deutérium.
 
 
Ces restes de D sont en fait un indicateur de la vitesse de l'expansion de l'Univers et de la densité de matière
 
 
 
À la naissance de l'Univers la densité de D par rapport à H était de 4 atomes D pour 100.000 atomes H.  (4 10-5).
 
 
 
COMMENT ESTIMER L'ABONDANCE DE D.
 
 
Les mesures d'abondance se font à l'aide de spectromètres, chaque corps possédant des raies caractéristiques uniques, comme un ADN.
 
Les raies du Deutérium les plus utilisées, se trouvent dans le domaine UV du spectre lumineux., malheureusement les UV sont arrêtés par l'atmosphère terrestre, il faudra les étudier de l'espace.
 
 
Mais pour étudier les raies provenant du D primordial, il faut viser des objets très lointains et très puissants, par exemple des quasars,
l'absorption se fait par de la matière située sur la ligne de visée, entre nous et le quasar mais qui n'est pas constitutive de nuages interstellaires (sinon ça serait HD qu'on verrait et pas D).
 
 
 
 
LE DEUTÉRIUM DANS LES MILIEUX INTERSTELLAIRES.
 
Dans ces nuages, les atomes s'associent, on peut ainsi fabriquer des molécules à l'abri des UV : H2 , HD puis D2, mais cela ne se produit que sur des grains de poussières interstellaires.
 
HD devient le réservoir de D, le rapport HD/H2  est de 3 10-5.
 
 
 
Laurent Pagani s'est intéressé au nuage du catalogue LDN (Lynds Dark Nebula) Lynds L-183 pris par le CFHT.
 
 
 
 
 
Les molécules émettent dans la gamme radio de fréquences.
 
 
 
 
 
 
 
 
La transition des molécules :
 
·        H2 très légère : écart entre les niveaux d'énergie très grand : 170 K entre les deux premiers niveaux,
première transition à  28 µm
·        HD "beaucoup plus lourde" : 140 K, première transition à 112 µm
·        CO, HCN, etc...  ! 5 K, première transition à 3 mm
·        CS, SO,... ! 1.5 à 2 K, première transition vers 7 " 10 mm
·        H2 n'est pas observable normalement!
·        HD difficilement mais peut permettre d'estimer H2 dans certains cas
 
 
HD est difficile à mesurer, on ne peut le faire que dans ces domaines :
 
 
·        description to followDans l'UV avec le satellite FUSE.
·        Dans l'IR avec Spitzer ou ISO
·        Dans l'IR lointain avec ISO, des ballons ou l'observatoire volant SOFIA.
 
 
 
 
 
 
 
Le satellite FUSE (FUSE = Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer) a montré que D était constant dans une bulle de 200pc autour du Soleil.
 
­Les observations de FUSE ont très fortement confirmé que le rapport D/H est constant et vaut 15ppm de D par rapport à H.
 
Ceci semble prouver que la bulle locale dans laquelle nous nous trouvons est uniforme.
 
 
 
 
 
 
Pour la chimie du Deutérium, comme il y a beaucoup de formules, consulter directement la présentation.
 
 
CONCLUSIONS :
 
 
Le Deutérium est uniquement créé lors de la nucléosynthèse primordiale, quelques minutes après le Big Bang.
 
Il est brûlé dans les étoiles, donc son abondance D/H décroît au cours de l'évolution cosmique.
 
Les mesures du rapport D/H sont ainsi une contrainte sur les modèles de Big Bang et d'évolution cosmologique.
 
On ne semble pas avoir des valeurs bien définies pour les différentes mesures de D/H suivant leur endroit ou plutôt leur position dans l'échelle de temps cosmique.
 
Le Deutérium est aussi un traceur de l'histoire du système solaire :
 
·        Les planètes géantes ont une abondance 2 fois plus grande que le milieu interstellaire
·        La Terre a une abondance 10 fois plus grande!
·        Les comètes en auraient encore 2 ou 3 fois plus ! Peut-être est-ce une trace de l'origine des océans sur Terre ?
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN :
 
 
 
Le problème du Deutérium : Enfin résolu par FUSE ? (24/08/2006)
 
L'origine des éléments légers : CR de la conférence de G Hébrard (IAP) à la SAF. (11/10/2006)
 
Thèse de G Hébrard, sur l'abondance du Deutérium, en pdf de 204 pages et de 21MB. Très complet sur le sujet.
 
Le Deuterium interstellaire :
 
The Deuterium Puzzle.
 
Far-infrared and molecular line observations of Lynds 183 –Studies of cold gas and dust by M. Juvela , K. Mattila ,K.Lehtinen ,D.Lemke , R. Laureijs , and T. Prusti
 
 
Bon ciel à tous
 
 
 
Jean Pierre Martin   membre de la SAF
www.planetastronomy.com