Influence de la rétroaction des étoiles sur la structure du milieu interstellaire à l'échelle galactique

par Olivier Iffrig

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Patrick Hennebelle.

Soutenue le 15-09-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de Ecole doctorale Astronomie et Astrophysique d'Ile de France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Astrophysique Interactions Multi-échelles (Gif-sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) .


  • Résumé

    La formation des étoiles, processus fondamental en astrophysique, résiste toujours à la compréhension. En effet, de nombreux phénomènes interagissent durant les différentes étapes, et ce sur une large gamme d’échelles. Il est donc primordial de comprendre la dynamique du milieu interstellaire, dans lequel les étoiles se forment. En particulier, il est maintenant bien établi que la structure du milieu interstellaire est fortement impactée par des processus de rétroaction de la part des étoiles qui s’y forment. D’une part cette rétroaction limite le taux de formation de nouvelles étoiles, et d’autre part elle est l’un des contributeurs à la morphologie et la dynamique des galaxies : taille du disque, éjection de matière, etc. Ce travail de thèse propose d’étudier numériquement la dynamique du milieu interstellaire, de manière à mettre en évidence l’impact des processus de rétroaction. Le processus principal qui sera étudié est les supernovae, figurant parmi les évènements les plus énergétiques dans le milieu interstellaire. Après l’étude et la modélisation en détail de l’explosion d’une unique supernova dans nuage moléculaire, un modèle numérique incluant formation d’étoiles et rétroaction par supernovae sera présenté et mis en œuvre dans des simulations d’un disque galactique stratifié à l’échelle du kiloparsec. Une extension de ce modèle pour tenir compte du rayonnement ionisant sera proposée. Il est effectivement possible de réguler la formation d’étoiles à l’aide de modèles de rétroaction par les supernovae, mais les résultats précis dépendent de manière significative des détails du schéma mis en œuvre. En utilisant la variante apparaissant comme la plus réaliste, des simulations à haute résolution du milieu interstellaire sont présentées et étudiées. En particulier, il est possible de mettre en évidence des propriétés de la turbulence compressible et magnétisée à l’échelle galactique : variation des spectres de puissance en fonction de l’altitude, alignement spontané de la vitesse et du champ magnétique, effet antagoniste de la rétroaction sur cet alignement et formation de structures.

  • Titre traduit

    Influence of stellar feedback on the structure of the interstellar medium at galactic scale


  • Résumé

    Star formation, a fundamental process in astrophysics, remains only partially understood. Several processes are known to interact during all the steps over a large range of scales. It is therefore of highest importance to understand the dynamics of the interstellar medium, in which stars form. In particular, it is now well-known that the structure of the interstellar medium is strongly affected by feedback processes emanating from the stars that form in it. On the one hand this feedback limits the rate of formation of new stars, and on the other hand it is one of the main contributors to the shape and dynamics of galaxies: thickness of the disk, matter outflows, etc. This work aims to study numerically the dynamics of the interstellar medium, in order to highlight the impact of stellar feedback processes. The main process that will be studied is supernovae, being among the most energetic events in the interstellar medium. After the study and detailed modeling of the explosion of a single supernova inside a molecular cloud, a numerical model including star formation and supernova feedback will be presented and used in kiloparsec-scale simulations of a stratified galactic disk. An extension of this model will be suggested in order to take into account the ionizing radiation. It is indeed possible to regulate star formation with supernova feedback models, although the precise results strongly depend on the detailed scheme that is implemented. Using the most realistic-looking variant, high-resolution simulations are presented and studied. In particular, it is possible to extract properties of compressible and magnetized turbulence at the galactic scale: variation of the power spectra as a function of altitude, spontaneous alignment between velocity and magnetic field, antagonistic effect of stellar feedback onto this alignment, and structure formation.


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