Pre-biotic molecules in the hot corinos of solar-type protostars
Hot corinos: molécules pré-biotiques autour des protoétoiles de type solaire
Résumé
One of the major goals of modern astrophysics is to understand the
formation of our Solar System. Since low-mass protostars are suns in the making, the study of these objects and their environment provides one of the best ways to investigate the Sun's formation process and to peek in the past history of our Solar System. In my thesis, I focused on the chemistry occuring in Class 0 sources (the earliest known phases in the evolutionary scenario of low-mass protostars) by studying complex organic molecules in their envelopes. Such molecules have been discovered in IRAS16293--2422, the prototype of Class 0 sources, proving the existence of hot corinos, the inner regions of the protostellar envelope where the icy grain mantles sublimate. Some of these molecules have also been observed in comets in our Solar System, raising the question of whether (and if so, how) the chemistry of Class 0 objects affects the chemical composition of the protoplanetary disk material from which comets and other planetary bodies form.
However, it is first necessary to determine whether hot corinos are ubiquitous in low-mass protostars or if IRAS16293-2422 is an exception. This was the first goal of my thesis. The approach consisted mainly in observing three Class 0 sources to search for complex organic molecules. I thereby discovered and/or confirmed three more hot corinos.
The second goal was then to constrain the size of emission of complex molecules. For this, I carried out interferometric observations of the two brightest hot corinos: this emission is compact (<150 AU) with, in one of the sources, an extended component originating from the cooler, less dense outer envelope.
The third goal consisted in confronting the possible formation pathways with the results of my observations to try and discriminate whether complex organic molecules form via gas-phase or grain-surface reactions. Although it was not possible to arrive at a definite answer, my data seem to favor the later formation route. Moreover, the comparison of hot corinos and their high-mass analogs, the hot cores (showing that complex molecules are relatively more abundant in hot corinos), also support grain-surface synthesis of these molecules.
formation of our Solar System. Since low-mass protostars are suns in the making, the study of these objects and their environment provides one of the best ways to investigate the Sun's formation process and to peek in the past history of our Solar System. In my thesis, I focused on the chemistry occuring in Class 0 sources (the earliest known phases in the evolutionary scenario of low-mass protostars) by studying complex organic molecules in their envelopes. Such molecules have been discovered in IRAS16293--2422, the prototype of Class 0 sources, proving the existence of hot corinos, the inner regions of the protostellar envelope where the icy grain mantles sublimate. Some of these molecules have also been observed in comets in our Solar System, raising the question of whether (and if so, how) the chemistry of Class 0 objects affects the chemical composition of the protoplanetary disk material from which comets and other planetary bodies form.
However, it is first necessary to determine whether hot corinos are ubiquitous in low-mass protostars or if IRAS16293-2422 is an exception. This was the first goal of my thesis. The approach consisted mainly in observing three Class 0 sources to search for complex organic molecules. I thereby discovered and/or confirmed three more hot corinos.
The second goal was then to constrain the size of emission of complex molecules. For this, I carried out interferometric observations of the two brightest hot corinos: this emission is compact (<150 AU) with, in one of the sources, an extended component originating from the cooler, less dense outer envelope.
The third goal consisted in confronting the possible formation pathways with the results of my observations to try and discriminate whether complex organic molecules form via gas-phase or grain-surface reactions. Although it was not possible to arrive at a definite answer, my data seem to favor the later formation route. Moreover, the comparison of hot corinos and their high-mass analogs, the hot cores (showing that complex molecules are relatively more abundant in hot corinos), also support grain-surface synthesis of these molecules.
L'un des buts majeurs de l'astrophysique moderne est de comprendre la formation du Système Solaire. Puisque les protoétoiles de faible masse sont des soleils en formation, l'étude de ces objets est un des meilleurs moyens d'étudier le processus de formation du Soleil et de son système planétaire. Dans ma thèse, je me suis concentrée sur la chimie des premières phases d'évolution des protoétoiles de faible masse en étudiant les molécules organiques complexes dans des sources de Classe 0, qui représentent les phases les plus jeunes connues. De telles molécules ont été découvertes dans IRAS16293-2422, le prototype des sources de Classe 0, démontrant l'existence des ``hot corinos'', des régions où les manteaux des grains subliment. Certaines de ces molécules ont aussi été observées dans des comètes de notre Système Solaire, soulevant la question de savoir si (et auquel cas, comment) la chimie des Classes 0 affecte la composition chimique de la matière du disque protoplanétaire incorporée dans les comètes et autres corps planétaires.
Cependant, il est d'abord nécessaire de déterminer si les hot corinos sont omniprésents dans les protoétoiles de faible masse, ou si IRAS16293-2422 est une exception. Ceci était le premier but de ma thèse. L'approche consistait principalement à observer trois sources de Classe 0 pour chercher des molécules organiques complexes. J'ai ainsi découvert et/ou confirmé trois hot corinos de plus.
Le second but était de contraindre la taille de la région d'émission des molécules complexes au moyen d'observations interférométriques des deux hot corinos les plus brillants: cette émission est compacte (<150 AU), avec, dans l'un des cas, une composante étendue provenant de l'enveloppe externe.
Le troisième but avait pour lieu de confronter les voies de formation possibles des molécules complexes avec les résultats de mes observations pour essayer de distinguer si ces molécules se forment en phase gazeuse ou à la surface des grains. Bien que mes données ne puissent éliminer aucun des deux cas, elles semblent favoriser le second type de formation. De plus, la comparaison entre hot corinos et leurs homologues massifs, les hot cores (qui montre que les molécules complexes sont relativement plus abondantes dans les hot corinos), soutient également la formation à la surface des grains.
Cependant, il est d'abord nécessaire de déterminer si les hot corinos sont omniprésents dans les protoétoiles de faible masse, ou si IRAS16293-2422 est une exception. Ceci était le premier but de ma thèse. L'approche consistait principalement à observer trois sources de Classe 0 pour chercher des molécules organiques complexes. J'ai ainsi découvert et/ou confirmé trois hot corinos de plus.
Le second but était de contraindre la taille de la région d'émission des molécules complexes au moyen d'observations interférométriques des deux hot corinos les plus brillants: cette émission est compacte (<150 AU), avec, dans l'un des cas, une composante étendue provenant de l'enveloppe externe.
Le troisième but avait pour lieu de confronter les voies de formation possibles des molécules complexes avec les résultats de mes observations pour essayer de distinguer si ces molécules se forment en phase gazeuse ou à la surface des grains. Bien que mes données ne puissent éliminer aucun des deux cas, elles semblent favoriser le second type de formation. De plus, la comparaison entre hot corinos et leurs homologues massifs, les hot cores (qui montre que les molécules complexes sont relativement plus abondantes dans les hot corinos), soutient également la formation à la surface des grains.
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