Étude théorique de la redistribution de l’énergie vibrationnelle dans des agrégats de CO

Samuel del Fré (1) , Alejandro Rivero Santamaría (1) , Céline Toubin (1) , Denis Duflot (1) , Maurice Monnerville (1)

1 PCMT - Physico-Chimie Moléculaire Théorique

Dans les régions les plus froides (≈ 10 K) du milieu interstellaire, la plupart des espèces moléculaires à part H₂ s’accumulent sur les grains de poussière pour former des manteaux de glaces, jouant le rôle de réservoirs moléculaires particulièrement riches. Néanmoins, de larges quantités d’espèces en phase gazeuse sont également détectées dans ces régions et leur existence peut être expliquée par des processus de désorption à la surface des glaces. Parmi ces processus, on retrouve la désorption induite par rayonnement ultraviolet (UV), appelée photodésorption UV, qui a fait l’objet de plusieurs études expérimentales notamment dans le cas de CO_1,2, deuxième espèce la plus abondante du milieu interstellaire. Il a été montré que cette photodésorption UV dans des glaces pures et mixtes de CO suivait un mécanisme indirect de « Desorption Induced by Electronic Transition » (DIET).₃Le travail présenté ici, dans ce contexte astrochimique et dans le cadre de l’ANR PIXyES « Photodesorption Induced by UV-X-rays and Electrons on ice Surfaces », concerne l’étude théorique, à l’échelle moléculaire, de la redistribution de l’énergie après excitation UV dans des glaces pures de CO. L’approche retenue est la dynamique moléculaire, soit ab initio (AIMD) avec le logiciel VASP, soit basée sur un champ de force classique₄. En particulier, l’accent est mis sur la fin du mécanisme DIET où l’énergie électronique de la molécule excitée, redistribuée sur certains états vibrationnels élevés de son état fondamental électronique, se transfère aux molécules voisines induisant ou non une désorption. Pour se faire, une approche par agrégats est utilisée pour modéliser la structure amorphe de la glace de CO. Ces agrégats optimisés puis thermalisés à des températures similaires à celles du milieu interstellaire sont ensuite utilisés dans des simulations de dynamique moléculaire dans lesquelles une molécule de CO sélectionnée aléatoirement, est excitée dans un niveau vibrationnel élevé (v ≈40 « E ≈8 eV) correspondant à l’énergie acquise par la molécule après excitation UV. La redistribution de cette énergie vibrationnelle dans les agrégats est analysée pour les deux méthodes de dynamique moléculaire utilisées dans cette étude.

1 M. Bertin, E.C. Fayolle, C. Romanzin, K.I. Öberg, X. Michaut, A. Moudens, L. Philippe, P. Jeseck, H. Linnartz, and J.-H. Fillion, Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 9929 (2012).
2 E.C. Fayolle, M. Bertin, C. Romanzin, X. Michaut, K.I. Öberg, H. Linnartz, and J.-H. Fillion, Astrophys. J. 739 , L36 (2011).
3 M. Bertin, E.C. Fayolle, C. Romanzin, H.A.M. Poderoso, X. Michaut, L. Philippe, P. Jeseck, K.I. Öberg, H. Linnartz, and J.-H. Fillion, Astrophys. J. 779 , 120 (2013).
4 M.C. van Hemert, J. Takahashi, and E.F. van Dishoeck, J. Phys. Chem. A 119 , 6354 (2015).

Mots clés: glace interstellaire; monoxyde de carbone; dynamique moléculaire classique & ab initio; redistributioN

Domaines: Chimie théorique et/ou physique; Chimie-Physique [physics.chem-ph]

Samuel del Fré, Alejandro Rivero Santamaría, Céline Toubin, Denis Duflot, Maurice Monnerville. Étude théorique de la redistribution de l’énergie vibrationnelle dans des agrégats de CO. Rencontres des Chimistes Théoriciens Francophones (RCTF 2022), Jun 2022, Bordeaux, France. , 2022. ⟨hal-03706668⟩