Ethyl alcohol and sugar in comet C/2014 Q2 (Lovejoy)

The presence of numerous complex organic molecules (COMs; defined as those containing six or more atoms) around protostars shows that star formation is accompanied by an increase of molecular complexity. These COMs may be part of the material from which planetesimals and, ultimately, planets formed. Comets represent some of the oldest and most primitive material in the solar system, including ices, and are thus our best window into the volatile composition of the solar protoplanetary disk. Molecules identified to be present in cometary ices include water, simple hydrocarbons, oxygen, sulfur, and nitrogen-bearing species, as well as a few COMs, such as ethylene glycol and glycine. We report the detection of 21 molecules in comet C/2014 Q2 (Lovejoy), including the first identification of ethyl alcohol (ethanol, C_2H_5OH) and the simplest monosaccharide sugar glycolaldehyde (CH_2OHCHO) in a comet. The abundances of ethanol and glycolaldehyde, respectively 5 and 0.8% relative to methanol (0.12 and 0.02% relative to water), are somewhat higher than the values measured in solar-type protostars. Overall, the high abundance of COMs in cometary ices supports the formation through grain-surface reactions in the solar system protoplanetary disk

13C—methyl formate : observations of a sample of high mass starforming regions including Orion—KL and spectroscopic characterization

We have surveyed a sample of massive star-forming regions located over a range of distances from the Galactic centre for methyl formate, HCOOCH3, and its isotopologues H13COOCH3 and HCOO13CH3. The observations were carried out with the APEX telescope in the frequency range 283.4-287.4 GHz. Based on the APEX observations, we report tentative detections of the 13C-methyl formate isotopologue HCOO13CH3 towards the following four massive star-forming regions: Sgr B2(N-LMH), NGC 6334 IRS 1, W51 e2 and G19.61-0.23. In addition, we have used the 1 mm ALMA science verification observations of Orion-KL and confirm the detection of the 13C-methyl formate species in Orion-KL and image its spatial distribution. Our analysis shows that the 12C/13C isotope ratio in methyl formate toward Orion-KL Compact Ridge and Hot Core-SW components (68.4±10.1 and 71.4±7.8, respectively) are, for both the 13C-methyl formate isotopologues, commensurate with the average 12C/13C ratio of CO derived toward Orion-KL. Likewise, regarding the other sources, our results are consistent with the 12C/13C in CO. We also report the spectroscopic characterization, which includes a complete partition function, of the complex H13COOCH3 and HCOO13CH3 species. New spectroscopic data for both isotopomers H13COOCH3 and HCOO13CH3, presented in this study, has made it possible to measure this fundamentally important isotope ratio in a large organic molecule for the first time.This work was supported by the National Science Foundation under grant 1008800. We are grateful to the Ministerio de Economia y Competitividad of Spain for the financial support through grant No. FIS2011-28738-C02-02 and to the French Government through grant No. ANR-08-BLAN-0054 and the French PCMI (Programme National de Physique Chimie du Milieu Interstellaire). This paper makes use of the following ALMA data: ADS/JAO. ALMA#2011.0.00009.SV.ALMAis a partnership of ESO (representing its member states), NSF (USA), and NINS (Japan), together with NRC (Canada) and NSC and ASIAA (Taiwan), in cooperation with the Republic of Chile. The Joint ALMA Observatory is operated by ESO, AUI/NRAO, and NAOJ. C.F. thanks Dahbia Talbi, Eric Herbst, and Anthony Remijan for enlightening discussions. Finally, we thank the anonymous referee for helpful comments

Structure en vitesse des enveloppes protostellaires (effondrement gravitationnel et rotation)

Les étoiles se forment par effondrement gravitationnel de condensations préstellaires au sein de nuages moléculaires. L'objectif principal de cette thèse est de tester, à partir d'observations de transitions moléculaires millimétriques, différents modèles d'effondrement. L'enjeu est de comprendre comment la masse d'une étoile est fixée et dans quelle mesure l'environnement et les conditions initiales influencent l'évolution dynamique d'une condensation. Pour cela, nous avons étudié la structure en vitesse de condensations à partir de signatures spectroscopiques de rotation et de contraction. Nous montrons que l'enveloppe de la proto-étoile de classe 0 IRAM 04191 située dans le nuage du Taureau est animée de mouvements de contraction subsoniques dans sa majeure partie et qu'elle est en rotation différentielle. Nous proposons que la partie interne de l'enveloppe correspond à un cœur supercritique se découplant de la partie externe toujours soutenue par le champ magnétique. Nous suggérons que les propriétés cinématiques d'IRAM 04191 sont représentatives des conditions physiques caractérisant les proto-étoiles isolées juste après la formation de l'embryon stellaire central. D'autre part, l'étude des condensations préstellaires du proto-amas de Rho Ophiuchi montre que les taux d'accrétion associés sont un ordre de grandeur plus forts que pour IRAM 04191, ce qui suggère un effondrement induit par une perturbation extérieure. Nous montrons aussi que les condensations n'auront pas le temps d'orbiter significativement à travers le proto-amas avant de donner naissance à des étoiles de pré-séquence principale. Cela ne favorise pas les scénarii de formation stellaire qui font appel à des interactions dynamiques pour expliquer la fonction de masse initiale des étoiles. En conclusion, nous suggérons que l'effondrement est spontané dans les régions de formation d'étoile isolée comme le nuage du Taureau alors qu'il est probablement induit dans les proto-amas.Stars form from the gravitational collapse of prestellar condensations in molecular clouds. The major aim of this thesis is to compare the predictions of collapse models with observations of both very young (class 0) protostars and starless condensations in millimeter molecular lines. We wish to understand what determines the masses of forming stars and whether the initial conditions have an effect on the dynamical evolution of a condensation. Using a Monte-Carlo radiative transfer code, we analyze rotation and infall spectroscopic signatures to study the velocity structure of a sample of protostellar condensations. We show that the envelope of the class 0 protostar IRAM 04191 in the Taurus molecular cloud is undergoing both extended, subsonic infall and fast, differential rotation. We propose that the inner part of the envelope is a magnetically supercritical core in the process of decoupling from the ambient cloud still supported by the magnetic field. We suggest that the kinematical properties observed for IRAM 04191 are representative of the physical conditions characterizing isolated protostars shortly after point mass formation. On the other hand, a similar study for the prestellar condensations of the Rho Ophiuchi protocluster yields mass accretion rates that are an order of magnitude higher than in IRAM 04191. This suggests that individual protostellar collapse in clusters is induced by external disturbances. Moreover, we show that the condensations do not have time to orbit significantly through the protocluster gas before evolving into protostars and pre-main-sequence stars. This seems inconsistent with models which resort to dynamical interactions and competitive accretion to build up a mass spectrum comparable to the stellar initial mass function. We conclude that protostellar collapse is nearly spontaneous in regions of isolated star formation such as the Taurus cloud but probably strongly induced in protoclusters.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Could extrasolar comets be detected with Darwin?

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Étude interférométrique du formiate de méthyle et d'autres molécules complexes dans la nébuleuse d'Orion Kleinmann-Low

Un peu plus de 150 molécules ont été détectées dans le milieu interstellaire et circumstellaire. Parmi elles, nous dénombrons une soixantaine de molécules complexes composées d'au moins 6 atomes. La chimie du milieu interstellaire, synthétisant des molécules plus ou moins complexes à la surface des grains ou en phase gazeuse, est très différente de celle connue sur Terre. À ce jour, seules l'observation et l'analyse de l'émission des différentes espèces moléculaires permettent de contraindre les modèles de chimie interstellaire.Au cours de cette thèse, j'ai recherché des molécules complexes au sein de la nébuleuse d'Orion Kleinmann-Low qui est la région de formation d'étoiles massives la plus proche de nous. De nombreuses étoiles de faible masse s'y forment également. Je me suis intéressée en particulier à la molécule du formiate de méthyle HCOOCH3 qui est une molécule complexe abondante et qui s'est révélée être un traceur de température et de structure de l'ensemble de la région étudiée. Grâce à des observations millimétriques de hautes résolutions spatiales et spectrales (respectivement de 7 à 2 et de 2.3 km/s à 0.4 km/s), obtenues avec l'interféromètre du Plateau de Bure de l'IRAM, j'ai réalisé une étude détaillée de l'émission cette molécule oxygénée dans la région du Compact Ridge. Notre étude montre que cette région particulière semble être chauffée par des mécanismes externes tels des chocs. De plus, nos observations en direction du Compact Ridge et de son voisinage tendent à confirmer la désorption suite à un choc du formiate de méthyle, ou d'un de ses précurseurs, formé à la surface des grains interstellaires.J'ai également recherché les deux isomères de formule [C2H4O2] du formiate de méthyle : le glycolaldéhyde et l'acide acétique. Leur étude a montré la difficulté de détecter des molécules peu abondantes dans Orion K-L en raison d'une confusion spectrale importante, mettant ainsi en évidence la nécessité d'observations de hautes résolutions aussi bien spatiale que spectrale pour la recherche de molécules comme le permettra l'interféromètre ALMA. Les limites supérieures de densité de colonne déduites de nos données pour le pré-sucre glycolaldehyde (CH2OHCHO, détecté dans SgrB2) sont très contraignantes pour les modèles de chimie. Nos résultats pourraient permettre une avancée dans la compréhension de l'origine de cette espèce moléculaire.Over 150 different molecular species have been detected in the interstellar and circumstellar media. Among these, approximatively 60 are complex molecules and contain 6 or more atoms. The interstellar chemical processes that form more or less complex molecules, either on the surface of dust grains or in gas phase, are different from the processes we know on Earth. The only way to constrain chemical models relies on the observation and the analysis of the emission coming from various molecular species.The main goal of my PhD is to look for complex molecules in the nearest star forming region with both high and low mass stars, the Orion Kleinmann-Low nebula. I specially studied the emission of the methyl formate molecule (HCOOCH3) which appeared to be an abundant molecule and a good probe of the temperature and structure of Orion K-L.Using high spectral and spatial resolution millimetre observations (from 7 to 2 and from 2.3 km/s to 0.4 km/s, respectively) from the IRAM Plateau de Bure Interferometer, I carried out a detailed study of the emission of this O-bearing molecule towards the Compact Ridge component. Our study shows that this region seems to be heated by external mechanisms (e.g. shocks).Moreover, our observations toward the Compact Ridge region and its surroundings tend to confirm that methyl formate or a precursor seems to be formed on grain surfaces and is subsequently desorbed due to shocks.I also looked for the two isomers of methyl formate [C2H4O2] : glycolaldehyde and acetic acid. Owing to strong spectral confusion in the region, it is very difficult to detect low abundance molecules such as these two isomers. In order to lower the confusion level, higher spatial as well as spectral resolutions must be achieved which ALMA will soon allow.We derived upper limits for the column density of glycolaldehyde, a precursor of sugar (CH2OHCHO that has been detected towards SgrB2), these limits provide strong constraints for chemical models.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

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Comets and prebiotic chemistry: the volatile component

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