Javier R. Goicoechea, M. Gaudel, Victor de Souza Magalhaes, François Levrier, David Languignon, Maryvonne Gerin, Franck Petit, Viviana V. Guzmán, Pierre Chainais, Annie Hughes, Albrecht Sievers, Harvey S. Liszt, Pierre Gratier, Jan H. Orkisz, Maxime Vono, Sébastien Bardeau, Nicolas Peretto, Jocelyn Chanussot, Jérôme Pety, Jacques Le Bourlot, Evelyne Roueff, Antoine Roueff, Jouni Kainulainen, Emeric Bron, FORMATION STELLAIRE 2020, Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB), Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de RadioAstronomie Millimétrique (IRAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA (UMR_8112)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY), Institut FRESNEL (FRESNEL), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), PhyTI (PhyTI), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Onsala Space Observatory, Chalmers University of Technology [Göteborg], Signal et Communications (IRIT-SC), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, GIPSA - Signal Images Physique (GIPSA-SIGMAPHY), GIPSA Pôle Sciences des Données (GIPSA-PSD), Grenoble Images Parole Signal Automatique (GIPSA-lab), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Grenoble Images Parole Signal Automatique (GIPSA-lab), Université Grenoble Alpes (UGA), Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - UMR 9189 (CRIStAL), Université de Lille-Ecole Centrale de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Instituto de Física Fundamental [Madrid] (IFF), Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), Pontificia Universidad Católica de Chile (UC), Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023)), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), National Radio Astronomy Observatory [Charlottesville] (NRAO), National Radio Astronomy Observatory (NRAO), School of Physics and Astronomy [Cardiff], Cardiff University, CNRS through the MITI interdisciplinary programs, Spanish MICI under grant AYA2017-85111-P, ORION-B project, Programme National 'Physique et Chimie du Milieu Interstellaire' (PCMI) - CNRS/INSU - INC/INP, co-funded by CEA and CNES, IRAM supported by INSU/CNRS (France), MPG (Germany) and IGN (Spain), Data from the CEA Herschel Gould Belt survey (HGBS) project (http://gouldbelt-herschel.cea.fr), HGBS : Herschel Key Programme, SPIRE Specialist Astronomy Group 3 (SAG 3), PACS Consortium (CEA Saclay, INAF-IFSI Rome INAF-Arcetri,KU Leuven, MPIA Heidelberg), Herschel Science Center (HSC), Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères = Laboratory for Studies of Radiation and Matter in Astrophysics and Atmospheres (LERMA), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY), Chalmers University of Technology [Gothenburg, Sweden], Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Apprentissage de modèles à partir de données massives (Thoth), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Astrophysique, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), ANR-19-P3IA-0003,MIAI,MIAI @ Grenoble Alpes(2019), Laboratoire Univers et Théories (LUTH (UMR_8102)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Marseille (ECM)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Marseille (ECM)-Aix Marseille Université (AMU), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Marseille (ECM)-Aix Marseille Université (AMU), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Centre National de la Recherche Scientifique (France), Max Planck Society, Instituto Geográfico Nacional (España), Université Paris-Saclay, Istituto Nazionale di Astrofisica, and Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (España)
27 pags., 19 figs., 4 tabs., Molecular hydrogen being unobservable in cold molecular clouds, the column density measurements of molecular gas currently rely either on dust emission observation in the far-IR or on star counting. (Sub-)millimeter observations of numerous trace molecules are effective from ground based telescopes, but the relationships between the emission of one molecular line and the H2 column density (NH2) is non-linear and sensitive to excitation conditions, optical depths, abundance variations due to the underlying physico-chemistry. We aim to use multi-molecule line emission to infer NH2 from radio observations. We propose a data-driven approach to determine NH2 from radio molecular line observations. We use supervised machine learning methods (Random Forests) on wide-field hyperspectral IRAM-30m observations of the Orion B molecular cloud to train a predictor of NH2, using a limited set of molecular lines as input, and the Herschel-based dust-derived NH2 as ground truth output. For conditions similar to the Orion B molecular cloud, we obtain predictions of NH2 within a typical factor of 1.2 from the Herschel-based estimates. An analysis of the contributions of the different lines to the predictions show that the most important lines are $^{13}$CO(1-0), $^{12}$CO(1-0), C$^{18}$O(1-0), and HCO$^+$(1-0). A detailed analysis distinguishing between diffuse, translucent, filamentary, and dense core conditions show that the importance of these four lines depends on the regime, and that it is recommended to add the N$_2$H$^+$(1-0) and CH$_3$OH(20-10) lines for the prediction of NH2 in dense core conditions. This article opens a promising avenue to directly infer important physical parameters from the molecular line emission in the millimeter domain. The next step will be to try to infer several parameters simultaneously (e.g., NH2 and far-UV illumination field) to further test the method. [Abridged], This work is based on observations carried out under project numbers 019-13, 022-14, 145-14, 122-15, 018-16, and finally the large program number 124-16 with the IRAM 30 m telescope. IRAM is supported by INSU/CNRS (France), MPG (Germany) and IGN (Spain). This research also used data from the Herschel Gould Belt survey (HGBS) project (http:// gouldbelt-herschel.cea.fr). The HGBS is a Herschel Key Programme jointly carried out by SPIRE Specialist Astronomy Group 3 (SAG 3), scientists of several institutes in the PACS Consortium (CEA Saclay, INAF-IFSI Rome and INAF-Arcetri, KU Leuven, MPIA Heidelberg), and scientists of the Herschel Science Center (HSC). We thank CIAS for their hospitality during the many workshops devoted to the ORION-B project. This work was supported in part by the Programme National “Physique et Chimie du Milieu Interstellaire” (PCMI) of CNRS/INSU with INC/INP, co-funded by CEA and CNES. This project has received financial support from the CNRS through the MITI interdisciplinary programs. J.R.G. thanks Spanish MICI for funding support under grant AYA2017-85111-P.