Thèse Formation Of Molecular Clouds a Theoretical Point Of View H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Bordeaux École doctorale : Sciences Physiques et de l'Ingénieur Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux Direction de la thèse : Valentine WAKELAM ORCID 0000000196762605 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-17T23:59:59 Les nuages denses sont les premières régions du milieu interstellaire où la chimie se développe, conduisant à une diversité de molécules à la fois dans le gaz et à la surface des grains interstellaires. Les molécules organiques complexes (COMs) sont définies comme des molécules organiques comportant plus de six atomes, et cette famille inclut certaines molécules prébiotiques. Comprendre leur formation et quantifier leur présence dans le milieu interstellaire (ISM) est essentiel pour appréhender l'héritage chimique interstellaire des systèmes stellaires. La formation des COMs dans les milieux froids et leur présence dans le gaz restent des questions scientifiques majeures pour les astrochimistes. Avec le JWST, une recherche des premières détections de ces molécules dans les glaces a débuté et a conduit à quelques détections potentielles.
Au-delà des COMs, il existe une grande diversité de molécules dont les abondances varient d'un nuage à l'autre. Si les conditions physiques locales ou d'autres caractéristiques, comme le champ magnétique, peuvent expliquer ces différences, nous avons montré que l'histoire du matériau formant le nuage est un élément clé. Cette diversité se propage jusqu'à la protoétoile.
L'objectif de cette thèse est de suivre la formation des molécules dans les nuages denses à l'aide de simulations numériques. Les questions principales sont les suivantes :
Quand ces molécules se forment-elles ?
Quelle diversité peut-on attendre au sein d'un même nuage et d'un nuage à l'autre ?
Peut-on expliquer cette diversité ? Interstellar molecular clouds are the first dense regions where the chemistry blooms, leading to a diversity of molecules both in the gas and at the surface of the interstellar grains. Complex organic molecules (COMs) are defined as organic molecules with more than six atoms and this family contains some pre-biotic molecules. Understanding their formation and quantifying their presence in the ISM is key to understand the interstellar chemical inheritance of stellar systems. The formation of COMs in the cold medium and their presence in the gas remain a key scientific question for astrochemists. With JWST, a hunt for the first detections of these molecules in ices started and lead to a few potential detections. Other than COMs, there is a large diversity of molecules with abundances different from one cloud to the other. If local physical conditions or other characteristics such as magnetic field could explain this difference, we have shown that the history of the material forming the cloud is a key element. This diversity propagates to the protostar.
The objective of this thesis is to follow the formation of molecules in dense clouds using numerical simulations.
The key questions are:
When do these molecules form?
What diversity do we expect within clouds and from cloud to cloud?
Can we explain this diversity? Method: The PhD student will be asked to conduct numerical simulations coupling an astrochemical model with state-of-the-art physical simulations. We will first identify these cores and all the particles composing them. Then, we will retrieve the past history of these particles. The number of selected regions and the number of trajectories per cloud will be adapted to get a proper spatial sampling of the clouds and limit the computer time of calculation. These time dependent physical conditions will be used as input parameters for our astrochemical model.
The chemistry will be computed as a function of time in star forming regions where these clouds form. Statistical methods, such as principal component analysis (PCA), regression methods and ranking with random forest, will be used to find the best relations between key abundances and physical parameters. We for instance want to know if the diversity of cold cores is due to the local physical conditions or their history.