Le milieu interstellaire

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1 James Lequeux Avec le concours d'edith Falgarone et Charles Ryter Le milieu interstellaire S AVOIRS ACTUEL S EDP Sciences/CNRS ÉDITIONS

2 Table des matières Avant-propos xiii 1 Notre Galaxie, hôte du milieu interstellaire Notre Galaxie : les ordres de grandeur Les populations stellaires Généralités Les populations du disque Le bulbe et le halo Distribution de la matière interstellaire 10 2 Rayonnements et champ magnétique Les champs de rayonnement Les rayonnements extragalactiques Les rayonnements galactiques Le champ magnétique interstellaire Mesure du champ magnétique par effet Zeeman Mesure du champ magnétique par rotation Faraday Estimation du champ magnétique à partir du rayonnement synchrotron galactique Estimation de la direction du champ magnétique par polarisation linéaire de la lumière Résultats 29 3 Transfert du rayonnement et excitation L'équation de transfert Démonstration Approximation de Rayleigh-Jeans. Notations radioastronomiques Température d'excitation Système à deux niveaux d'énergie hors ETL Relations générales. ' Cas de l'équilibre radiatif pur 39

3 viii Table des matières Couplage de l'excitation et du transfert, approximation LVG Cas général ; masers 45 4 Le gaz interstellaire neutre Le gaz neutre atomique La raie 21 cm de l'hydrogène atomique Les raies de structure fine dans l'infrarouge lointain Les raies d'absorption interstellaires La composante moléculaire Généralités Les transitions électroniques Les transitions vibrationnelles Les transitions rotationnelles Les bandes interstellaires diffuses 93 5 Le gaz interstellaire ionisé Les régions HII Théorie de l'ionisation ; la sphère de Strômgren L'émission continue du gaz ionisé Les raies de recombinaison Les raies de recombinaison radio Les raies interdites La détermination des abondances dans les régions Hn Le gaz ionisé diffus Le gaz chaud L'ionisation par collisions électroniques à haute température L'émission de raies X Émission X thermique continue Résultats L'absorption X Le milieu interstellaire aux hautes énergies Les rayons cosmiques Origine des rayons cosmiques Les rayons cosmiques solaires et la modulation solaire Les rayons cosmiques galactiques Les rayons cosmiques de très haute énergie Les électrons cosmiques Confinement des rayons cosmiques dans la Galaxie Le continuum en rayons gamma Production de gammas par interactions nucléaires Production de gammas par rayonnement de freinage Production de gammas par effet Compton inverse

4 Table des matières ix 6.3 La masse du milieu interstellaire Utilisation des observations gamma pour déterminer la masse du milieu interstellaire dans la Galaxie Utilisation de la masse du viriel des nuages moléculaires Comparaison Wco-extinction Absorption en rayons X ou en infrarouge moyen Les raies gamma Les poussières interstellaires Rougissement et extinction interstellaires Généralités Extinction et modèles de poussières Diffusion des rayons X par les poussières L'émission des poussières interstellaires Les grains à l'équilibre thermique Les petits grains hors d'équilibre thermique Les bandes d'émission aromatiques dans l'infrarouge moyen Les très petits grains Les gros grains Modèles globaux Absorptions infrarouges et manteaux de glace La fluorescence infrarouge Chauffage et refroidissement du gaz interstellaire Processus de chauffage Généralités, temps de thermalisation Chauffage par rayons cosmiques de basse énergie Chauffage par effet photoélectrique sur les grains Chauffage par ionisation des atomes et des molécules Chauffage par rayons X Chauffage chimique Chauffage par échange thermique grains/gaz Chauffage hydrodynamique et magnéto-hydrodynamique Processus de refroidissement Refroidissement par les raies de structure fine Refroidissement par excitation collisionnelle de raies permises Refroidissement par recombinaisons électrons-ions Refroidissement par les poussières Équilibre et stabilité thermiques Milieu atomique 229

5 x Table des matières Gaz ionisé chaud Régions H n Nuages moléculaires Chimie interstellaire Chimie en phase gazeuse Réactions ion-molécule Association radiative Recombinaison dissociative Réactions neutre-neutre Photodissociation et photo-ionisation Chimie à la surface des grains de poussière Formation de H2 sur les grains Formation d'autres molécules sur les grains Chimie à l'équilibre et cinétique chimique Quelques résultats Chimie dans le milieu interstellaire diffus Chimie dans les nuages moléculaires denses Les régions de photodissociation Présentation générale Physico-chimie Pénétration du rayonnement UV lointain et photodissociation Chimie Mécanismes de chauffage Mécanismes de refroidissement Modèles stationnaires Modèles hors d'équilibre Les chocs Équations de la dynamique du gaz Fluide unique Milieu multi-fluide Les différents types de chocs Chocs sans champ magnétique Chocs avec champ magnétique Chocs multi-fluides dans un gaz faiblement ionisé Chocs non stationnaires Physico-chimie dans les chocs Rayonnement et diagnostic des chocs Instabilités dans les chocs 298

6 Tabie des matières xi 12 Applications des chocs Les restes de supernova Phase d'expansion libre Phase adiabatique Phase d'expansion isotherme, ou radiative Évolution des plérions Expansion des restes de supernova dans un milieu inhomogène Rayonnement non thermique des restes de supernova Les bulles Dynamique des régions H II Le front d'ionisation Le choc Globules neutres dans une région H n Évolution des régions Hn Accélération des rayons cosmiques Propagation des particules chargées dans un champ magnétique Diffusion des particules chargées dans un milieu désordonné Pertes d'énergie Accélération des particules chargées La turbulence interstellaire Structure en vitesse et fragmentation La turbulence incompressible Apparition de la turbulence La turbulence développée de Kolmogorov Viscosité et pression turbulentes L'intermittence La turbulence dans le milieu interstellaire Quelques effets de la turbulence interstellaire Transport turbulent et chimie interstellaire L'intermittence, source de chauffage pour le gaz Equilibre, effondrement, formation des étoiles Stabilité et instabilité : le théorème du viriel Forme simple du théorème du viriel, sans champ magnétique et sans pression extérieure Longueur et masse de Jeans Forme générale du théorème du viriel Stabilité de l'équilibre du viriel Distribution de densité dans un nuage sphérique à l'équilibre 378

7 xii Table des matières Stabilité et instabilités en présence d'un champ magnétique Couplage du gaz au champ magnétique : la diffusion ambipolaire Effondrement et fragmentation Le temps de chute libre Configurations pendant l'effondrement Rôle de la rotation Rôle du champ magnétique Fin de l'effondrement, formation des étoiles La fonction de masse initiale et son origine Déterminations de la fonction de masse initiale et problèmes Origine de la fonction initiale de masse Changements d'état et transformations Gaz atomique, gaz moléculaire et gaz ionisé tiède Gaz ionisé et échanges avec le gaz neutre Échanges gaz atomique/gaz moléculaire Gaz chaud, fontaine galactique Échanges gaz-poussières Évolution des poussières interstellaires Poussières dans les enveloppes circumstellaires et les nébuleuses planétaires Poussières dans le milieu interstellaire Poussières autour des protoétoiles et dans le Système solaire 420 Signification des sigles des références 422 Bibliographie 423 Planches en couleurs 441 Signification des principaux symboles 473 Principales constantes 477 Unités et conversions 478 Index 479

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Extrait de la publication Le milieu interstellaire Cette page est laissée intentionnellement en blanc. James Lequeux Avec le concours d'edith Falgarone et Charles Ryter Le milieu interstellaire S AVOIRS ACTUEL S EDP Sciences/CNRS

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