Origine et impact des jets/flots protostellaires à l'ère d'ALMA et JWST

par Aloïs De Valon

Projet de thèse en Astrophysique et Milieux Dilués

Sous la direction de Catherine (phys) Dougados et de Sylvie Cabrit.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    La formation d'une étoile de type solaire s'accompagne de spectaculaires phénomènes d'éjection bipolaire sous la forme de jets atomiques et flots moléculaires. Bien que ces éjections de matière soient omniprésentes, leur origine exacte et leur impact sur l'évolution du disque et la formation du cortège planétaire en son sein restent des questions majeures encore non résolues. Notre équipe conduit des études pionnières sur l'origine de ces éjections. Nous avons montré en particulier que les jets atomiques proviennent des régions centrales (quelques unités astronomiques) du disque (Ray, Dougados et al. 2007) et que les modèles de vent de disque magnétisés reproduisent l'ensemble de leurs propriétés (Ferreira, Dougados, Cabrit 2006). Ces résultats impliquent un fort degré de magnétisation du disque interne, avec un impact majeur sur la structure et l'évolution du disque interne. Une incertitude demeure toutefois quant au moment angulaire transporté par ces jets (Louvet, Dougados et al. 2016), contrainte importante pour confirmer une origine magnétique. Depuis quelques années nous nous intéressons aux flots moléculaires, signatures d'éjection traçant un gaz plus froid et plus lent. Des observations récentes suggèrent que cette composante d'éjection pourrait extraire une partie significative de la masse et du moment angulaire du système disque-étoile en formation. Nous avons récemment obtenu des observations avec l'interféromètre radio millimétrique ALMA de la base de flots moléculaires associés à des étoiles jeunes à différents stades évolutifs. Ces observations fournissent une opportunité unique de cartographier en détails leur connexion avec le disque et de contraindre les différents modèles proposés pour leur formation. L'objectif de la thèse sera tout d'abord de conduire l'analyse détaillée des propriétés de l'émission en 12CO de ces cavités afin de contraindre leur morphologie et cinématique. Nous rechercherons en particulier des signatures de rotation. Des méthodes d'analyse innovantes devront être développées pour cela, en s'appuyant sur l'étude pionnière conduite récemment par notre équipe dans la source HH30 (Louvet, Dougados et al. 2018). Les contraintes observationnelles obtenues seront ensuite confrontées aux prédictions des différentes classes de modèles proposés pour la formation de ces cavités. Le lien avec l'émission du disque pourra être aussi étudié et confronté aux prédictions des modèles de disque magnétisé développé notamment à l'IPAG par G. Lesur et collaborateurs. L'étudiant.e disposera d'un ensemble d'outils déjà disponibles pour l'analyse de cubes de données ALMA mais sera aussi amené.e à développer ses propres outils logiciels. L'etudiant.e sera amené.e à interagir étroitement avec des spécialistes des modèles d'éjection et de disque magnétisé (Jonathan Ferreira & Geoffroy Lesur IPAG) et de chocs et propagation (Sylvie Cabrit & Guillaume Pineau des Forêts LERMA Obs Paris). Il(elle) bénéficiera en outre de l'expertise locale très forte sur la réduction/analyse de données en interférométrie millimétrique et la physico-chimie des disques protoplanétaires.

  • Titre traduit

    Origin and impact of protostellar jets/outflows in ALMA & JWST era


  • Résumé

    The formation of a solar-type star is accompanied by spectacular bipolar ejections in the form of atomic jets and molecular outflows. Although these ejections are omnipresent, their exact origin and their impact on the evolution of the protoplanetary disk and the formation of planets within are still major unresolved questions in star and planet formation. Our team has been conducting pioneering studies on the origin of these ejections. We have shown in particular that atomic jets originate from the very inner astronomical units within the disk (Ray, Dougados et al. 2007) and that models of magnetic disk winds account for most of their global properties (Ferreira, Dougados, Cabrit 2006). These results imply a high degree of magnetisation of the inner disk, which impacts strongly its inner structure and evolution. Uncertainties remain however on the angular momentum carried by these jets (Louvet, Dougados et al. 2016), which is one of the major constraint to confirm a magnetic origin. Over the past years, we have focused our studies on molecular outflow signatures, which trace colder and slower material. Recent observations have revealed that these molecular flows coud carry away a significant fraction of mass and angular momentum from the forming star-disk system. We have recently gathered observations with the ALMA radio interferometer of the base of molecular flows associated with forming stars at different evolutionary stages. These observations offer a unique opportunity to study in detail their connexion with the disk and constrain the different models for their formation. The objective of the PhD thesis will be first to conduct a detailed analysis of the ALMA 12CO emission from the base of molecular outflows and to derive their morphology and kinematics. Innovative analysis methods will be developed to search for rotation signatures in particular, based on the pioneering study recently conducted on HH30 (Louvet, Dougados et al. 2018). Observational constraints will be then compared to the different classes of models proposed for their formation to determine whether they originate from the disk or trace interaction with the ambient medium. The link with the disk emission may also be studied and compared with modelling of magnetised disks developed at IPAG by G. Lesur and co-Is. The student will have at his(her) disposal already available tools for the analysis of cubes of data ALMA but will also to develop its own software tools. The student will interact closely with specialists magnetised ejection and disk (Jonathan Ferreira and Geoffroy Lesur IPAG) as well as shocks and jet propagation (Sylvie Cabrit and Guillaume Pineau of Forests LERMA the Obs. Paris). He (she) will also benefit of the very strong local expertise on the reduction/analysis of data from millimetre radio interferometry and the physical chemistry of protoplanetary disks.