Résumé

La nouvelle génération d’instruments (JWST, IRAM, ALMA, et bientôt SKA) ouvre une ère sans précédent pour l’étude des traceurs moléculaires en révélant une complexité chimique surprenante dans le milieu interstellaire, les enveloppes circumstellaires, les comètes et les atmosphères exoplanétaires. L’exploitation des observations nécessite l’accès à des données fondamentales de physique (spectroscopie, collisions, constantes de réactions chimiques) toujours plus nombreuses ainsi qu’à des modèles numériques de pointe utilisant ces données et simulant les processus des milieux étudiés. Un changement par rapport aux années passées est l’augmentation rapide de la complexité des données qui doivent être manipulées : efficacité des réactions fonction des états quantiques des produits, photo-processus à effets sélectifs en longueur d’onde, taux de réactions dépendant de la nature des matrices de glaces, … Une coordination renforcée entre les producteurs de données, les services qui diffusent ces dernières, les numériciens qui les intègrent dans les modèles et les observateurs qui exploitent le tout est indispensable pour exploiter les pleinement les observations des nouveaux grands instruments et répondre aux enjeux scientifiques. 
L’atelier (8–11 juin, Saint-Florent) réunira physiciens, chimistes et astrophysiciens, ainsi que les responsables des Services Nationaux d’Observation en charge de la diffusion des données. Il vise à établir un état des lieux des besoins, à prioriser les efforts, et à définir des stratégies partagées pour la production et la diffusion des données moléculaires. Deux tables rondes permettront de discuter des modalités opérationnelles de diffusion et des besoins des modélisateurs. Une synthèse finale sera diffusée à la communauté via les actions thématiques du PN Astro, avec une attention particulière portée à l’implication des jeunes chercheurs.

Justification scientifique

Les nouvelles générations d’instruments (JWST, IRAM, ALMA, bientôt SKA) fournissent des données spectroscopiques toujours plus abondantes. Leur sensibilité a déjà permis de détecter plus de 300 molécules dans le milieu interstellaire et les enveloppes circumstellaires, dont des espèces complexes. Des relevés profonds (ex. QUIJOTE dans TMC1) révèlent ainsi des centaines de raies et une richesse chimique inattendue. Parallèlement, les observations des comètes et des atmosphères planétaires enrichissent notre compréhension de leur complexité chimique. Les mesures d’abondance, de fractionnement isotopique et d’excitation moléculaire constituent des diagnostics clés pour étudier les processus physiques et retracer l’histoire de la formation stellaire et planétaire, jusqu’aux exoplanètes. Enfin, la détection de plus de 70 molécules extragalactiques montre l’importance croissante de nouveaux traceurs moléculaires pour sonder les galaxies et le gaz à grand redshift. Une avancée importante est l’accès à des états quantiques très excités. Le JWST (MIRI, NIRSPEC) détecte de nombreuses transitions de H2 jusqu’à v = 6 (et jusqu’à v = 13 avec IGRINS), ainsi que des raies similaires pour CO et d’autres espèces dans certains environnements. Les raies radio de recombinaison atomique deviennent aussi plus accessibles (NenuFAR, puis SKA).

Cependant, l’exploitation scientifique de ces données requiert des modèles numériques d’astrochimie de pointe (traitant la chimie et l’excitation) et de nombreuses données de physique (spectroscopie, taux collisionnels, constantes de réactions, etc.). Ces données proviennent d’expériences de laboratoire et de calculs lourds réalisés par des physiciens et des chimistes ; leur production est coûteuse et leur usage parfois complexe. Des bases de référence (KIDA, EMAA) et des e-infrastructures (VAMDC) jouent donc un rôle clé pour répertorier, documenter et mettre en forme ces données afin d’en faciliter l’accès et l’utilisation par les astrophysiciens. Plusieurs difficultés émergent : l’augmentation rapide des besoins en données avec la sensibilité croissante des instruments, la nécessité de prioriser les systèmes à étudier et de définir des approximations acceptables, ainsi que la complexification des données attendues (ex. il est de plus en plus nécessaire d’avoir des taux de processus chimique en fonction des états quantiques). Il est par exemple crucial de considérer l’état d’excitation de H2 dans certaines réactions pour expliquer l’intensité de raies de molécules telles que CH+, SH+ ou CO excité dans des environnements irradiés ; de même, la prise en compte d’états quantiques dans la photodissociation de H2O produisant OH est nécessaire pour interpréter l’excitation observée dans les disques, et ces processus sont désormais explorés pour les atmosphères cométaires.

Pour répondre à ces enjeux, un atelier est organisé afin de réunir producteurs de données, responsables de services nationaux d’observation et d’infrastructures de diffusion (KIDA, EMAA, VAMDC), équipes fournissant des outils d’interprétation (Plateforme MIS & Jets, CASSIS, Code PDR de Meudon, etc.), ainsi que modélisateurs et observateurs. Chaque participant présentera ses travaux et ses besoins ; l’objectif est de faire un état des lieux, de coordonner les efforts et de discuter des modalités de diffusion des données. Deux tables rondes aborderont concrètement la diffusion des données de physique moléculaire et les besoins des modélisateurs et observateurs. Une discussion finale synthétisera les échanges, dont le résumé sera diffusé à la communauté via les listes du PN Astro, avec une place importante accordée aux jeunes chercheurs.

Cet atelier regroupera à la fois des astrophysiciens, des physiciens et des chimistes. Nous veillerons aussi à ce que les représentants des SNO concernés soient invités. Trois SNO de l’Observatoire de Paris seront présents par exemple (VAMDC, Plateforme MIS & Jets, Code PDR de Meudon). Pour cette première édition, nous attendons un peu plus d’une quarantaine de personnes. Plusieurs invitations seront lancées en octobre pour s’assurer de la participation de plusieurs équipes clés dans le paysage français.

L’atelier se déroulera du 8 au 11 juin à Saint Florent en Corse. Il sera hébergé par le CESM Saint Florent, une association loi 1901. Le déroulement du workshop sera très similaire à celui des ateliers biannuels « processus physico-chimique d’intérêt astrophysique » régulièrement organisés par certains des organisateurs (F. Lique & A. Faure). La localisation de l’atelier et sa relative difficulté d’accès fera que l’ensemble des participants assistera à l’ensemble des sessions. L’organisation de repas commun favorisera les échanges et discussions entre les participants.

Programme scientifique préliminaire

Lundi 8 Juin
11:00 – 12:00 Accueil
12:15 – 13:15 Repas
13:30 – 17:30 Exposés
19:30 - 21:00 Cocktail / diner

Mardi 9 Juin
09:00 – 12:15 Exposés
12:30 – 13:30 Repas
13:30 – 17:00 Pause
17:00 – 19:30 Exposés

Mercredi 10 Juin
09:00 – 12:15 Exposés
12:30 – 13:30 Repas
13:30 – 17:00 Pause
17:00 – 19:30 Table ronde
19:30 - 21:30 Diner de conférence

Jeudi 11 Juin
09:00 – 11:30 Exposés
11:30 – 12:30 Discussions
13:30 – 18:00 Visite du désert des Agriates