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A quelle vitesse la molécule d’oxygène se forme-t-elle dans les nuages interstellaires.

18 février 2010

UTINAM - UMR 6213 , LOMC - FRE 3102

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L’oxygène moléculaire O2 que nous respirons est aussi présent dans l’espace. On le trouve en particulier dans des nuages interstellaires où il se forme lorsqu’un atome d’oxygène O rencontre un radical hydroxyle OH. Les astrophysiciens pensaient bien comprendre ce mécanisme de formation jusqu’à ce que des observations récentes montrent que la molécule d’O2 est mille fois moins abondante que ce que prévoient les modèles astrophysiques. Des physiciens de l’Institut UTINAM (CNRS / Univ. de Franche-Comté) et du Laboratoires d’Ondes et Milieux Complexes (CNRS / Université du Havre) viennent d’ouvrir une nouvelle piste vers la compréhension de ce désaccord. En collaboration avec des collègues américains et chinois, ils ont réalisé des calculs numériques de grande précision invalidant la plupart des simulations de dynamique moléculaire réalisées jusqu’à présent, en particulier pour les très basses températures. Ces résultats suggèrent que la réaction O + OH est moins rapide que prévu et que les vitesses de réaction provenant de bases de données utilisées dans les modèles astrophysiques sont incorrectes.

La réaction O + OH → O2 + H est la principale source d’oxygène moléculaire O2 dans les nuages interstellaires denses et froids. La vitesse de cette réaction et la manière dont cette vitesse dépend de la température sont des grandeurs cruciales pour comprendre l’abondance de la molécule O2. Ces grandeurs sont hélas très mal connues, car les mesures à basse température sont extrêmement délicates, et la modélisation théorique difficile à effectuer à cause de la présence de deux atomes lourds (oxygène) dans les réactifs. C’est cette difficulté que les chercheurs ont réussi à dépasser en obtenant pour cette réaction une précision comparable à celles des calculs n’impliquant qu’un seul atome lourd. Les validations théoriques effectuées suggèrent que les désaccords qui subsistent avec les mesures expérimentales de vitesse de réaction devraient être attribuées à la grande difficulté des expériences impliquant des radicaux libres à très basse température. Cette étude montre qu’il faut certainement reconsidérer l’abondance de la molécule O2 donnée par les modèles astrophysiques actuels dans le milieu interstellaire. Elle servira aussi à mieux comprendre la complexité des processus physico-chimiques dans l’univers. Enfin, ce travail aidera au développement de modèles de simulation plus sophistiqués en astrophysique, mais aussi en physico-chimie de l’atmosphère ou en combustion.

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Vitesse de réaction de O + OH en fonction de la température
Comparaison entre le résultat quantique (QE) exact jusqu’à 50 K et approché au-delà, avec les vitesses données par les différentes bases de données actuelles.

Contacts chercheurs

[Pascal Honvault->pascal.honvault univ-fcomte.fr" class=''>(

En savoir plus

O + OH -, enseignant-chercheur
Mohamed Jorfi, doctorant
François Lique, enseignant-chercheur

Informations complémentaires

Institut UTINAM, UMR 6213 :

Laboratoire d’Ondes et Milieux Complexes, (LOMC), FRE 3102 :

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr )]