Estimation de la fraction binaire de n?buleuses plan?taires

par Dimitri Douchin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de G?rard Jasniewicz et de Orsola De Marco.

Soutenue le 25-11-2014

à Montpellier 2 en cotutelle avec Macquarie university (Sydney, Australie) , dans le cadre de Information, Structures, Syst?mes (Montpellier ; ?cole Doctorale ; 2009-2014) , en partenariat avec Groupe de Recherche en Astronomie et Astrophysique du Languedoc (Montpellier) (laboratoire) et de Groupe de Recherche en Astronomie et Astrophysique du Languedoc / GRAAL (laboratoire) .


  • Résumé

    Les n?buleuses plan?taires (NP) sont le produit de l'?volution d'?toiles de masses interm?diaires apr?s leur expansion sph?rique ? la fin de leurs vies. Il a ?t? estim? observationnellement que 80 % des NP ont des formes non-sph?riques. Une fraction si ?lev?e est d?routante et a mobilis? la communaut? de recherche sur les NP pendant plus de trente ans. Un sc?nario qui permettrait de justifier les formes observ?es serait que les ?toiles prog?nitrices de noyaux de NP (NNP) ne sont pas simples, mais poss?dent un compagnon. Les formes des n?buleuses seraient ainsi le r?sultat de l'interaction avec le compagnon. La fraction si ?lev?e de NP non-sph?riques impliquerait donc une fraction ?lev?e de NNP binaires, faisant de la parit? stellaire un canal de formation privil?gi? pour les NP. Apr?s avoir pr?sent? l'?tat de connaissance actuelle concernant la formation et la mise en forme des NP, je pr?sente mes travaux visant ? d?tecter un exc?s infrarouge qui serait la signature de la pr?sence d'un compagnon orbitant le NNP. La premi?re partie de ce projet consiste en l'analyse de donn?es et photom?trie acquises par moi-m?me. Dans la deuxi?me partie je pr?sente une tentative d'utilisation de jeux de donn?es d'archives : la campagne optique Sloan Digital Sky Survey Data Release 7 et la version ?tendue de la base de donn?es assembl?e par Frew (2008). Je pr?sente aussi les r?sultats d'une analyse de vitesses radiales de spectres VLT/UVES pour 14 NNP dans le but de d?tecter des compagnons spectroscopiques. Finalement j'expose les d?tails d'une analyse de photom?trie de donn?es optiques dans le but de d?tecter des compagnons orbitant autour de NNP en utilisant la technique de variabilit? photom?trique. Le r?sultat principal de cette th?se r?side dans les analyses d'exc?s infrarouge proche que je combine avec des donn?es publi?es pr?c?demment. Je conclus que si la fraction d?tect?e d'exc?s infrarouge proche est attribu?e ? la pr?sence de compagnons stellaires, alors la fraction binaire de NNP est plus grande que celle attendue en se basant sur la population binaire de prog?niteurs de la s?quence principale et ainsi conclus que la multiplicit? stellaire est un canal de formation privil?gi? pour la formation des NP. Je clos en soulignant la n?cessit? d'un ?chantillon d'?tude d'environ 150 objets pour r?duire l'incertitude sur la fraction binaire et appuyer les conclusions statistiques de ce r?sultat.

  • Titre traduit

    Estimating the binary fraction of central stars of planetary nebulae


  • Résumé

    Planetary nebulae (PNe) are the products of the evolution of intermediate mass stars that have expanded spherically at the end of their lives. Observationally, it has been estimated that 80% of them have non-spherical shapes. Such a high fraction is puzzling and has occupied the PN community for more than 30 years. One scenario that would allow to justify the observed shapes is that a comparable fraction of the progenitors of central stars of PN (CSPN) are not single, but possess a companion. The shape of the nebulae would then be the result of an interaction with this companion. The high fraction of non-spherical PNe would thus imply a high fraction of binary CSPN, making binarity a preferred channel for PN formation. After presenting the current state of knowledge regarding PN formation and shaping and reviewing the diverse efforts to find binaries in PNe, I present my work to detect a near-infrared excess that would be the signature of the presence of cool companions. The first part of the project consists in the analysis of data and photometry acquired and conducted by myself. The second part details an attempt to make use of archived datasets: the Sloan Digital Sky Survey Data Release 7 optical survey and the extended database assembled by Frew (2008). I also present results from a radial velocity analysis of VLT/UVES spectra for 14 objects aiming to the detection of spectroscopic companions. Finally I give details of the analysis of optical photometry data from our observations associated to the detection of companions around CSPN using the photometric variability technique. The main result of this thesis is from the near-infrared excess studies which I combine with previously-published data. I conclude that the if the detected red and NIR flux excess is indicative of a stellar companion then the binary fraction is larger than what we may expect based on the main-sequence progenitor population binary fraction and therefore conclude that binarity is a preferential channel for the formation of PN. I finish by underlining the need for a sample size of ? 150 objects to decrease the uncertainty on the PN population binary fraction and increase the statistical significance of this result.


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