Le rôle des collisions avec l'hydrogène dans la determination hors-ETL de l'abondance du fer dans les étoiles froides

par Rana Ezzeddine

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Bertrand Plez et de Marwan Gebran.


  • Résumé

    La détermination d'abondances stellaires très précises a toujours été et reste un point clé de toute analyse spectroscopique.Cependant, de nombreuses études ont montré que l'hypothèse de l'équilibre thermodynamique local (ETL), largement utilisée dans les analyses spectroscopiques est inadéquate pour déterminer les abondances et les paramètres stellaires des étoiles géantes et pauvres en métaux où les effets hors-ETL dominent. C'est pourquoi, une modélisation hors-ETL des spectres stellaires est cruciale afin de reproduire les observations et ainsi déterminer avec précision les paramètres stellaires.Cette modélisation hors-ETL nécessite l'utilisation d'un grand jeu de données atomiques, qui ne sont pas toujours connues avec certitude. Dans les étoiles froides, les taux de collisions de l'atome d'hydrogène sont une des principales sources d'incertitudes. Ces taux sont souvent calculés en considérant une approche classique (l'approximation de Drawin) pour les transitions permises lié-lié et les transitions d'ionisations. Cette approche classique tend à surestimer les taux de collisions et ne reproduit pas correctement le comportement avec les énergies.Dans cette thèse, nous démontrons que l'approximation de Drawin ne peut pas décrire les taux de collisions dans le cas de l'atome d'hydrogène. Nous présentons une nouvelle méthode pour estimer ces taux, par le biais d'ajustement sur des taux quantiques existant pour d'autres éléments.Nous montrons que cette méthode d'ajustement quantique (MAQ) est satisfaisante pour les modélisations hors-ETL lorsque les taux quantiques dédiés ne sont pas effectivement disponibles.Nous testons cette nouvelle méthode, avec le modèle d'atome de Fer que nous avons développé, sur des étoiles de référence issues « du Gaia-ESO survey ».En partant de paramètres photosphériques non-spectroscopiques connus, nous déterminons les abondances (1D) en fer de ces étoiles de référence dans les cas ETL et hors-ETL .Nos résultats dans le cas hors ETL conduisent à un excellent accord entre les abondances de FeI et FeII avec de faibles écarts types de raies à raies, particulièrement dans le cas des étoiles pauvres en métaux.Notre méthode est validée par comparaison avec de nouveaux calculs quantiques préliminaires sur l'atome de Fe I et d'hydrogène, dont les ajustements sont en excellent accord avec les nôtres.

  • Titre traduit

    Non-LTE iron abundance determination in cool stars : the role of hydrogen collisions


  • Résumé

    Determination of high precision abundances has and will always be an important goal of all spectroscopic studies. The use of LTE assumption in spectroscopic analyses has been extensively shown in the literature to badly affect the determined abundances and stellar parameters, especially in metal-poor and giant stars which can be subject to large non-LTE effects. Non-LTE modeling of stellar spectra is therefore essential to accurately reproduce the observations and derive stellar abundances. Non-LTE calculations require the inputof a bulk of atomic data, which may be subject to uncertainties. In cool stars, hydrogen collisional rates are a major source of uncertainty, which are often approximated using a classical recipe (the Drawin approximation) for allowed bound-bound, and ionization transitions only. This approximation has been shown to overestimate the collisional rates, and does not reproduce the correct behavior with energies. We demonstrate in this dissertation the inability of the Drawin approximation to describe the hydrogen collisional rates.We introduce a new method to estimate these rates based on fitting the existing quantum rates of other elements. We show that this quantum fitting method (QFM) performs well in non-LTE calculations when detailed quantum rates are not available. We test the newly proposed method, with a complete iron model atom that we developed, on a reference set of stars from the Gaia-ESO survey. Starting from well determined non-spectroscopic atmospheric parameters, we determine 1D, non-LTE, and LTE iron abundances for this set ofstars. Our non-LTE results show excellent agreement between Fe I and Fe II abundances and small line-by-line dispersions, especially for the metal-poor stars. Our method is validated upon comparison with new preliminary Fe I+H quantum calculations, whose fits show an excellent agreement with ours.


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