3.4 R´esultats ` a basse temp´erature : le nuage mol´eculaire
3.4.1 Comparaison des r´esultats avec et sans la d´epl´etion
Pour quantifier l’influence de la d´epl´etion sur les abondances des mol´ecules soufr´ees en phase gazeuse, j’ai effectu´e des simulations avec et sans la d´epl´etion pour les mˆemes conditions
phy-siques et les mˆemes abondances initiales. Une temp´erature de 10 K et une densit´e de H2 de
104 cm−3 sont consid´er´ees. Les abondances initiales (par rapport `a H2) utilis´ees sont les sui-vantes : He (0.28, Wilson et Rood, 1994), O (6.5 × 10−4, Cardelli et al., 1996), C+ (2.8 × 10−4, Meyer et al., 1998) et S+ (3.0 × 10−5, Sofia et al., 1994).
La figure 42 montre l’´evolution des abondances des mol´ecules soufr´ees SO, SO2, H2S, CS et OCS au cours du temps, calcul´ees avec et sans la d´epl´etion. Cette figure montre que ces quatre mol´ecules ne se comportent pas de la mˆeme fa¸con. SO et SO2 sont d´epl´et´es apr`es 106 ans
tout comme OCS. L’abondance de H2S en revanche ne diminue pas : la d´epl´etion des autres
mol´ecules favorise la formation de H2S. L’augmentation de l’abondance de H2S peut s’expliquer physiquement par l’efficacit´e moindre des processus d’adsorption de H2S par rapport aux autres mol´ecules soufr´ees (voir la figure 43), du fait de sa plus faible masse mol´eculaire. D’un point de vue chimique, la d´epl´etion de certaines esp`eces neutres favorise la formation des ions H+3 en diminuant sa destruction par SO et SO2. Ainsi H+3 r´eagit avec le soufre atomique pour donner HS+qui lui mˆeme est hydrog´en´e par H2 pour former H3S+. Par recombinaison avec un ´electron, H3S+formera H2S. L’abondance de CS d´ecroˆıt dans les deux mod`eles (avec et sans la d´epl´etion)
92 Chapitre 3. Mod´elisation de la chimie du soufre : NAHOON
Fig. 42: Evolution des abondances (/H2) de H2S, SO, SO2, CS et OCS pour une temp´erature de 10 K et une densit´e de 104cm−3. Ces r´esultats ont ´et´e obtenus avec le mod`ele incluant la d´epl´etion (graphe du bas) et le mod`ele sans d´epl´etion (haut). Sur chacune des figures, les abondances de ces mol´ecules observ´ees dans les nuages mol´eculaires (voir tableau 17) sont report´ees `a droite sous la forme de barres. L’abondance observ´ee de OCS est repr´esent´ee par une fl`eche vers le bas parce que la mol´ecule n’a pas ´et´e d´etect´ee dans L1689N.
a
d
s
Fig. 43: Efficacit´e du processus de collage des compos´es `a la surface des grains en fonction de la masse de ces compos´es. L’efficacit´e du collage est calcul´ee pour une temp´erature de 10 K
en faisant le rapport du coefficient d’adsorption (Kads voir la formule 18) sur la somme des
coefficients d’´evaporation thermique et d’´evaporation induite par le rayonnement cosmique (Kevap et Kcrd voir les formules 19 et 21). Les 31 mol´ecules neutres du mod`ele sont repr´esent´ees sur cette figure.
car il est d´etruit pour former SO et SO2. Cependant dans le cas du mod`ele avec la d´epl´etion, l’abondance de CS devient plus faible que dans le mod`ele sans les processus de d´epl´etion pour deux raisons : 1) cette mol´ecule est d´etruite plus efficacement par H+3 plus abondant dans ce mod`ele et 2) une partie du CS est d´epl´et´e sur les grains `a partir de 105 ans.
La figure 44 montre l’effet de la d´epl´etion sur l’´evolution de l’abondance totale de soufre ´el´ementaire pr´esent dans la phase gazeuse. Avec la d´epl´etion, on atteint un facteur 20 de d´epl´etion au bout de 107 ans. Cette abondance est encore un facteur 10 voir 100 sup´erieure `a ce qui est effectivement observ´e dans les nuages froids, dont les ˆages, estim´es en comparant les abondances estim´ees par les mod`eles, sont inf´erieurs `a 107 ans (Millar et Herbst, 1990; Hasegawa et al., 1992; Suzuki et al., 1992; Hasegawa et Herbst, 1993).
L’efficacit´e de la d´epl´etion va d´ependre de diff´erents param`etres dont l’influence n’est pas facile `a d´eterminer. L’efficacit´e du collage de H2S, CS et SO diminue avec la temp´erature en favorisant l’´evaporation thermique de ces mol´ecules. En revanche, les mol´ecules SO2et OCS, qui ont une ´energie d’adsorption ED plus grande, vont voir l’efficacit´e de leur d´epl´etion augmenter avec la temp´erature pour T jusqu’`a 30 K parce que celle-ci augmente le taux de collision entre grains et mol´ecules. Au del`a de 30 K, l’effet de l’´evaporation l’emporte comme pour H2S, CS et SO. Des grains de plus petit rayon sont d´efavorables au ph´enom`ene de collage du fait de leur section efficace collisionnelle plus faible. La masse des grains n’a aucune influence sur la d´epl´etion puisque le seul terme o`u elle intervient est la masse r´eduite entre le grain et la mol´ecule
94 Chapitre 3. Mod´elisation de la chimie du soufre : NAHOON
Fig. 44: Abondance totale (/H2) de soufre ´el´ementaire en phase gazeuse pour une temp´erature de 10 K et une densit´e de 104cm−3. La courbe en pointill´es repr´esente l’abondance totale calcul´ee sans la d´epl´etion tandis que la courbe en trait plein a ´et´e calcul´ee avec le mod`ele incluant la d´epl´etion.
(equations 17 et 18) et que la masse du grain est beaucoup plus grande que celle de la mol´ecule. Les ´energies d’absorption des mol´ecules ED d´ependent de la composition des grains qui n’est pas bien connue. Une sous-estimation de ces ´energies d’adsorption entraˆıne une sous-estimation de la d´epl´etion et inversement. La densit´e surfacique de sites pouvant accueillir des mol´ecules d´epend ´egalement de la nature des grains et intervient dans les expressions des taux d’´evaporation (equations 19, 20 et 21). Une plus grande densit´e de surface de sites d´efavorise le collage et inversement. Le taux d’´evaporation sous l’effet du rayonnement cosmique est calcul´e `a partir du temps entre deux chauffages du grain `a 70 K par les noyaux de fer contenus dans le rayonnement cosmique. Ce temps d´epend du taux d’ionisation par le rayonnement cosmique choisi et de la taille des grains. Le temps entre deux chauffages successifs est sensible `a ces param`etres, et sa diminution entraˆıne une ´evaporation plus efficace. Enfin, une probabilit´e de 1 est suppos´ee pour le collage des esp`eces neutres sur les grains (voir section 3.1.2). Si cette probabilit´e est plus petite, les processus de collage sont moins efficaces.
Il est clair que d’autres m´ecanismes comme ceux li´es `a l’attraction de charge de S+ par les grains charg´es n´egativement (voir Ruffle et al., 1999) et des processus r´eactionnels `a la surface du grain doivent entrer en jeu pour favoriser d’avantage la d´epl´etion du soufre. C’est pour cette raison que le seul moyen de “reproduire” les abondances de mol´ecules soufr´ees dans les nuages
mol´eculaires, en ne modifiant que les param`etres du mod`eles donn´es en section 3.2.4, est de diminuer artificiellement l’abondance initiale de soufre.