Le bilan des collisions de H2 devient un terme de refroidissement comparable à C+
dans les premières couches moléculaires (AV ∼ 1 − 2) où H2 est modérément excité.
3.1.4 Transport dans les PDR
Nous avons vu (Sec. 1.2.1) que la matière interstellaire est transportée à différentes échelles, incluant l’échelle des PDR.
Les mouvements turbulents qui animent le gaz et la poussière affectent essentiellement le transfert de rayonnement via l’élargissement des raies d’émission par effet Doppler, et la chimie par au moins deux aspects. Le premier aspect est lié au mélange turbulent, généralement décrit comme un phénomène de diffusion dont l’efficacité dépend de la vitesse des mouvements turbulents. Il a pour effet de lisser les variations abruptes au sein de la PDR, et éventuellement de mélanger des espèces qui seraient restées séparées en l’absence de mouvement turbulent. Le second aspect est l’activation d’une chimie limitée par des barrières que l’énergie véhiculée par le mouvement turbulent permet de franchir.
Les processus de photoionisation et de photodissociation peuvent être assez loin de l’équilibre avec la reformation des atomes ou des molécules dissociées. Dans ce cas, la PDR consiste en un front d’ionisation ou de dissociation qui progresse vers l’intérieur du nuage (cf. Sec. 5.5.2). La matière dissociée peut être animée d’un mouvement d’expansion et induire en réaction un mouvement de « fuite » du nuage dans la direction opposée à la source lumineuse (rocketing effect).
3.2 Les diagnostics observationnels des bords chauds
de PDR
Les conditions physiques des couches externes et chaudes des bords de PDR (AV�
1 − 2) peuvent être déterminées par l’observation de divers traceurs. Nous détaillons ici
l’information portée par l’émission ro-vibrationnelle de H2, par les AIB, et par les raies
de structures fines du carbone atomique ([CII], 158 µm) et de l’oxygène atomique ([OI], 63 et 146 µm).
3.2.1 À partir des raies de [CII] et [OI]
Les densités critiques et les températures d’excitation des raies [CII] et [OI] s’étalent
respectivement entre ∼ 3 × 103 et ∼ 3 × 105 cm−3, et entre ∼ 100 et ∼ 300 K. Ces
valeurs couvrent les valeurs typiques de la densité et de la température dans les bords chauds de PDR, faisant de ces observables des sondes efficaces des conditions physiques.
De plus, l’épaisseur optique de l’émission de C+ à 158 µm est en général faible à modérée
(τ � 1), ce qui permet d’estimer la quantité de matière le long de la ligne de visée. Les valeurs des abondances en phase gazeuse des éléments carbone et oxygène sont nécessaires à cette analyse, qui hérite des incertitudes les concernant.
La photoionisation de l’atome de carbone est la source principale d’électrons libres.
La mesure de la densité de colonne1 de l’ion C+ fournit donc une bonne approximation
de la densité de colonne des électrons libres.
3.2.2 À partir des AIB
Nous avons vu en Sec. 2.3.2 que les variations des AIB traduisent les variations des propriétés des populations qui les émettent et des conditions physiques dans lesquelles elles baignent. En vertu des processus photophysiques présentés en Sec. 2.3.3, l’intensité locale spectralement intégrée des AIB est proportionnelle au champ de rayonnement UV qui excite les PAH. L’intégration des AIB observées fournit des valeurs relatives du champ de rayonnement UV, moyennées sur la ligne de visée. Afin d’obtenir des valeurs absolues, il est nécessaire d’estimer l’abondance des atomes de carbone inclus dans les PAH, ainsi que leur émissivité moyenne. Des hypothèses concernant la géométrie de la PDR observée sont nécessaires pour remonter aux valeurs locales, et constituent une autre source d’incertitude (cf. Sec. 6.2, 10.2.1).
Si le champ de rayonnement UV est connu, l’émission AIB intégrée permet de remonter à la densité de colonne sur la ligne de visée (cf. Sec. 6.1.2).
Une approche plus fine consiste à analyser les variations de l’allure du spectre AIB. Le rapport des intensités des bandes à 7.7 et 11.3 µm fournit une estimation qualitative
du rapport entre PAH neutres et PAH ionisés. La technique développée par Rapacioli
et al. (2005b) puis parBerné et al. (2007) permet de quantifier l’intensité des émissions
attribuées en moyenne aux différentes populations, PAH+, PAH0 (neutres), et très petits
grains (cf. Sec. 4.1). Cette analyse permet d’étudier la population des PAH elle-même, et
peut également être mise en perspective avec les conditions du milieu.Bakes et Tielens
(1994) ont montré que le rapport des populations PAH+ / PAH0 est proportionnel à
la quantité G0√T /ne, où G0 désigne l’intensité du champ de rayonnement UV entre
912 et 2400Å, T est la température cinétique du gaz, et ne est la densité des électrons
libres. Cette relation entre trois grandeurs caractéristiques de la PDR permet d’assurer un contrôle de la cohérence des estimations issues de différentes méthodes.
3.2.3 À partir des transition rotationnelles de H
2Les densités de colonne des molécules H2 rotationnellement excitées peuvent être
déterminées à partir des raies rotationnelles observées dans le domaine IR moyen. Les températures d’excitation se déduisent des rapports d’intensité des mêmes raies, fournissant une première estimation de la température du gaz. Cependant, les tem- pératures d’excitation peuvent être différentes de la température cinétique du gaz. Il
faut tenir compte de nombreux processus pour décrire l’excitation de H2 , ce qui rend
une modélisation du nuage indispensable. Or, Habart et al. (2011) ont montré que les
modèles actuels ne permettent pas de rendre compte des intensités observées pour les 1. La densité de colonne représente la densité volumique intégrée sur la ligne de visée, et est donc homogène à un nombre de particules par unité de surface.