Contribution à l'étude du milieu interstellaire par l'observation de la raie en absorption à 21 cm de longueur d'onde de l'hydrogène neutre.

Jacques Crovisier

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PhD thesis

Université Paris-Diderot - Paris VII (05/12/1978), I. Kazès et J. Lequeux (Dir.)

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Contribution à l'étude du milieu interstellaire par l'observation de
la raie en absorption à 21 cm de longueur d'onde de l'hydrogène
neutre.

Jacques Crovisier¹

L'un des constituants essentiels du milieu interstellaire est
l'hydrogène atomique neutre. Une méthode classique, mais efficace,
pour étudier ce constituant est l'observation de la transition
hyperfine à 21 cm de longueur d'onde de l'hydrogène neutre.
L'observation de cette raie en émission peut être complétée utilement
par la mesure de la raie en absorption sur le rayonnement continuum
des radiosources discrètes. Le profil d'absorption donne la
profondeur optique de l'hydrogène neutre sur la ligne de visée, ce
qui, comparé avec le profil d'émission, permet en principe de
déterminer la densité de colonne et la température d'excitation de
l'hydrogène dans la direction étudiée.

Nous présentons ici des observations de profils d'absorption à 21 cm
dans la direction de 819 radiosources extragalactiques, effectuées
avec le radiotélescope de Nançay (Chapitre II). Nous discutons
l'efficacité de cet instrument pour ce genre de mesure (Appendice au
Chapitre II).

Nous nous servons ensuite de l'échantillon des composantes
d'absorption détectées (300 à |b| > 10°) pour effectuer une analyse
statistique des nuages d'hydrogène proches. L'étude des vitesses
radiales permet d'obtenir le mouvement du Soleil par rapport au gaz
interstellaire local ; en retrouvant l'effet moyen de la rotation
galactique différentielle, nous déterminons la distance moyenne des
nuages d'hydrogène neutre au plan galactique, ainsi que la dispersion
de vitesse radiale de ces nuages (Chapitre IIl).

Nous étudions quelques biais observationnels qui affectent notre
échantillon : le mélange des composantes spectrales provenant de
nuages de vitesses radiales voisines, la présence de composantes
spectrales parasites dues à la contamination des profils d'absorption
par la raie à 21 cm en émission (Chapitre IV, 1 et 2). Puis nous
présentons l'histogramme des dispersions de vitesse interne des nuages
(Chapitre IV, 5). Nous essayons ensuite de déterminer la distribution
des profondeurs optiques des nuages, ainsi que la probabilité de
rencontrer un nuage de profondeur optique donnée sur une ligne de
visée, en tenant compte des biais et de la sensibilité des
observations (Chapitre IV, 4). La comparaison de nos résultats avec
les prédictions de certains modèles descriptifs récents du milieu
interstellaire indique que ces modèles doivent être révisés (Chapitre
IV, 5).

Dans le but de préciser les rapports entre nuages moléculaires denses
et nuages d'hydrogène neutre diffus, nous avons effectué des
observations des raies radio du radical hydroxyle et de la molécule de
monoxyde de carbone dans certaines des directions où l'absorption à 21
cm est connue. La présence de molécules dans quelques nuages diffus
suggère une continuité entre nuages diffus et nuages moléculaires
(Chapitre 7).

1:	LESIA - Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique

keyword(s) : hydrogène neutre – milieu interstellaire – radioastronomie

Study of the interstellar medium by the observation of the absorption
line at 21 cm of neutral hydrogen.

One of the essential components of the interstellar medium is neutral
atomic hydrogen. A classical, but efficient method to study this
component is the observation of the hyperfine transition at 21 cm
wavelength of neutral hydrogen. The observation of this emission line
can be supplemented usefully by the measurement of the line in
absorption on the continuum radiation of discrete radiosources. The
absorption profile gives the optical depth of neutral hydrogen on
the line of sight, which, compared with the emission profile, makes
it possible in theory to determine the column density and the
excitation temperature of hydrogen in the studied direction.

We present here observations of absorption profiles 21 cm in the
direction of 819 extragalactic radiosources, carried out with the
Nançay radio telescope (Chapter II). We discuss the efficiency of
this instrument for this kind of measurement (Appendix to Chapter II).

Then we use the sample of detected absorption components (300 at |b| >
10°) for a statistical analysis of nearby hydrogen clouds. The study
of radial velocities makes it possible to obtain the motion of the Sun
relative to local interstellar gas; in retrieving the average effect
of differential galactic rotation, we détermine the average distance
of neutral hydrogen clouds from the galactic plane, as well as the
radial velocity dispersion radial of these clouds (Chapter III).

We study some observational bias which affect our sample: the blending
of the spectral components coming from clouds with close radial
velocities, the presence of spurious spectral components due to the
contamination of the absorption profiles by the 21 cm line in emission
(Chapter IV, 1 and 2). Then we present the histogram of the internal
velocity dispersion of the clouds (chapter IV, 5). We then try to
determine the distribution of optical depths of the clouds, as well as
the probability of meeting a cloud of given optical depth on a line of
sight, taking into account observational bias and sensitivity limits
(Chapter IV, 4). The comparison between our results and the
predictions of recent descriptive models of the interstellar
environment indicates that these models must be revised (Chapter IV,
5).

To specify the relationship between dense molecular clouds and diffuse
neutral hydrogen clouds, we carried out radio observations of the OH
radical hydroxyl and the CO molecule in some of the directions where
absorption to 21 cm is known. The presence of molecules in some
diffuse clouds suggests a continuity between diffuse clouds and
molecular clouds (Chapter 7).

english keyword(s) : interstellar medium – neutral hydrogen – radio astronomy


tel-00124895, version 1
http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00124895
oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00124895
From: Jacques Crovisier <>
Submitted on: Tuesday, 16 January 2007 16:39:55
Updated on: Tuesday, 16 January 2007 17:27:19