Milieu interstellaire (Le)

251 Pages·2002·11.937 MB·French

by  Étienne Du Trémolet de Lacheisserie

Le milieu interstellaire
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James Lequeux
Avec le concours
d'Edith Falgarone et Charles Ryter
Le milieu interstellaire
S A V O I R S A C T U E L S
EDP Sciences/CNRS EDITIONS
Illustration de couverture :
La nebuleuse par reflexion 1C 349 dans les Pleiades. La poussiere interstellaire
est illuminee par 1'etoile Merope situee en haut, en dehors du champ. Voir la
planche 15. Document Telescope Spatial Hubble.
© 2002, EDP Sciences, 17, avenue du Hoggar, BP 112, Pare d'activites de Courtabceuf,
91944 Les Ulis Cedex A
et
CNRS EDITIONS, 15, rue Malebranche, 75005 Paris.
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ISBN EDP Sciences 2-86883-533-3
ISBN CNRS EDITIONS 2-271-05955-0
A Genevieve
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Table des matieres
Avant-propos xiii
1 Notre Galaxie, hote du milieu interstellaire 1
1.1 Notre Galaxie : les ordres de grandeur 2
1.2 Les populations stellaires 6
1.2.1 Generalites 6
1.2.2 Les populations du disque 7
1.2.3 Le bulbe et le halo 9
1.3 Distribution de la matiere interstellaire 10
2 Rayonnements et champ magnetique 15
2.1 Les champs de rayonnement 15
2.1.1 Les rayonnements extragalactiques 16
2.1.2 Les rayonnements galactiques 16
2.2 Le champ magnetique interstellaire 21
2.2.1 Mesure du champ magnetique par effet Zeeman 24
2.2.2 Mesure du champ magnetique par rotation Faraday . . 25
2.2.3 Estimation du champ magnetique a partir
du rayonnement synchrotron galactique 26
2.2.4 Estimation de la direction du champ magnetique
par polarisation lineaire de la lumiere 28
2.2.5 Resultats 29
3 Transfert du rayonnement et excitation 31
3.1 L'equation de transfert 31
3.1.1 Demonstration 31
3.1.2 Approximation de Rayleigh-Jeans. Notations
radioastronomiques 34
3.1.3 Temperature d'excitation 37
3.2 Systeme a deux niveaux d'energie hors ETL 38
3.2.1 Relations generates 38
3.2.2 Cas de 1'equilibre radiatif pur 39
viii Table des matieres
3.2.3 Couplage de 1'excitation et du transfert, approximation
LVG 40
3.3 Cas general ; masers 45
4 Le gaz interstellaire neutre 51
4.1 Le gaz neutre atomique 51
4.1.1 La raie 21 cm de 1'hydrogene atomique 52
4.1.2 Les raies de structure fine dans 1'infrarouge lointain . . 58
4.1.3 Les raies d'absorption interstellaires 62
4.2 La composante moleculaire 71
4.2.1 Generalites 71
4.2.2 Les transitions electroniques 74
4.2.3 Les transitions vibrationnelles 76
4.2.4 Les transitions rotationnelles 81
4.2.5 Les ban des interstellaires diffuses 93
5 Le gaz interstellaire ionise 97
5.1 Les regions Hll 97
5.1.1 Theorie de 1'ionisation ; la sphere de Stromgren 98
5.1.2 L'emission continue du gaz ionise 102
5.1.3 Les raies de recombinaison 107
5.1.4 Les raies de recombinaison radio 113
5.1.5 Les raies interdites 117
5.1.6 La determination des abondances dans les regions HII . 120
5.2 Le gaz ionise diffus 122
5.3 Le gaz chaud 125
5.3.1 L'ionisation par collisions electroniques a haute
temperature 125
5.3.2 L'emission de raies X 128
5.3.3 Emission X thermique continue 128
5.3.4 Resultats 129
5.4 L'absorption X 130
6 Le milieu interstellaire aux hautes energies 133
6.1 Les rayons cosmiques 133
6.1.1 Origine des rayons cosmiques 134
6.1.2 Les rayons cosmiques solaires et la modulation solaire . 135
6.1.3 Les rayons cosmiques galactiques 136
6.1.4 Les rayons cosmiques de tres haute energie 142
6.1.5 Les electrons cosmiques 145
6.1.6 Confinement des rayons cosmiques dans la Galaxie . . . 145
6.2 Le continuum en rayons gamma 149
6.2.1 Production de gammas par interactions nucleaires . . . 150
6.2.2 Production de gammas par rayonnement de freinage . . 153
6.2.3 Production de gammas par effet Compton inverse . . . 153
Table des matieres ix
6.3 La masse du milieu interstellaire 154
6.3.1 Utilisation des observations gamma pour determiner
la masse du milieu interstellaire dans la Galaxie 155
6.3.2 Utilisation de la masse du viriel des nuages moleculaires 158
6.3.3 Comparaison Wco-extinction 159
6.3.4 Absorption en rayons X ou en infrarouge moyen . . . . 162
6.4 Les raies gamma 163
7 Les poussieres interstellaires 167
7.1 Rougissement et extinction interstellaires 168
7.1.1 Generalites 168
7.1.2 Extinction et modeles de poussieres 175
7.1.3 Diffusion des rayons X par les poussieres 178
7.2 L'emission des poussieres interstellaires 179
7.2.1 Les grains a 1'equilibre thermique 179
7.2.2 Les petits grains hors d'equilibre thermique 184
7.2.3 Les bandes d'emission aromatiques dans 1'infrarouge
moyen 189
7.2.4 Les tres petits grains 195
7.2.5 Les gros grains 195
7.3 Modeles globaux 196
7.4 Absorptions infrarouges et manteaux de glace 197
7.5 La fluorescence infrarouge 200
8 Chauffage et refroidissement du gaz interstellaire 201
8.1 Processus de chauffage 202
8.1.1 Generalites, temps de thermalisation 202
8.1.2 Chauffage par rayons cosmiques de basse energie . . . . 206
8.1.3 Chauffage par effet photoelectrique sur les grains . . . . 210
8.1.4 Chauffage par ionisation des atomes et des molecules . .215
8.1.5 Chauffage par rayons X 216
8.1.6 Chauffage chimique 217
8.1.7 Chauffage par echange thermique grains/gaz 219
8.1.8 Chauffage hydrodynamique
et magneto-hydrodynamique 221
8.2 Processus de refroidissement 222
8.2.1 Refroidissement par les raies de structurefine 222
8.2.2 Refroidissement par excitation collisionnelle de raies
permises 225
8.2.3 Refroidissement par recombinaisons electrons-ions . . . 228
8.2.4 Refroidissement par les poussieres 229
8.3 Equilibre et stabilite thermiques 229
8.3.1 Milieu atomique 229