Un sondage des premières étoiles Galactiques avec Pristine et WEAVE

par Linda Lombardo

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Piercarlo Bonifacio et de Patrick Francois.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....) , en partenariat avec GEPI- Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (laboratoire) et de Observatoire de Paris (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-12-2019 .


  • Résumé

    Après le Big Bang, l'Univers est composé uniquement d'hydrogène, d'hélium et de traces de lithium. Les premières générations d'étoiles massives produisent les premiers éléments plus lourds que le lithium et ont laissé l'empreinte de leur nucléosynthèse dans la composition chimique des étoiles de petites masses qui se sont formées juste après. L'étude des ces étoiles de petite masse nous permet d'obtenir des renseignements précieux sur les masses et les photons ionisants des premières étoiles massives. Ces objets, extrêmement rares, nécessitent des méthodes et des sondages spécifiques pour les détecter. AU GEPI, nous sommes impliqués dans le Survey Pristine  dans le cadre d'une collaboration franco-canadienne. Pristine est un sondage photométrique effectué au télescope Canada-France-Hawaï (CFHT) avec l'instrument MegaCam et un filtre à bande étroite centré sur les raies H et K du Ca II. La combinaison de ces mesures en bande étroite avec la photométrie en bandes g, r, et i, issue des surveys SDSS, Pan Starrs et APASS ou des bandes G, BP et RP fournies par le satellite Gaia nous permet une pré-sélection efficace d'étoiles pour lesquelles un suivi spectroscopique sera nécessaire. Au cours des dernières années, nous avons pu collecter des données spectroscopiques, en moyenne et haute résolution, avec différents télescopes et spectrographes. Le but principal de l'analyse de ces spectres est d'améliorer la calibration des métallicités photométriques qui nous permettra d'avoir une sélection efficace des cibles qui seront ensuite observées dans le cadre du survey WEAVE Galactic Archeology survey, qui commencera début 2020. WEAVE est un spectrographe multi-objet (1000 fibres simultanément dans le plan focal) avec un grand champ (2 degrés de diamètre) qui a été construit pour le télescope William Herschel installé aux îles Canaries. Un survey de 5 ans y sera mené, utilisant 70% du temps de télescope disponible, une grande fraction du temps étant dédié à l'archéologie galactique. Environ 20 fibres de chaque champ observé seront assignées à des cibles sélectionnées dans le survey Pristine. Ce projet permettra d'augmenter de manière significative le nombre d'étoiles pauvres en métaux pour lesquelles une mesure précise de la composition chimique sera obtenue. Le GEPI pilote la participation française de cet instrument. L'INSU a approuvé cette démarche en labellisant le survey WEAVE comme service d'observation (ANO4). Le candidat thésitif devra, au début de sa thèse, analyser des spectres à moyenne et haute résolution obtenus via le survey Pristine en vue de la préparation du survey WEAVE. Il/elle participera ensuite à la sélection des étoiles candidates pauvres en métaux qui devront être observées avec WEAVE. Dès que les données WEAVE seront disponibles, il/elle sera impliqué(e) dans le suivi du survey et l'analyse des données WEAVE. WEAVE aura son propre logiciel d'analyse de spectres qui fournira les paramètres atmosphériques et les abondances chimiques pour chaque spectre observé. Mais, l'expérience montre que ce type de pipeline n'est pas optimal en deçà d'un seuil en métallicité et qu'il ne pourra fournir des abondances que pour un nombre très limité d'éléments chimiques. Le GEPI a pour tâche d'évaluer la qualité des données obtenues au cours du survey et de développer un logiciel (pipeline), optimisé pour l'analyse des étoiles pauvres en métaux, qui sera utilisé pour toutes les cibles Pristine. Le candidat thésitif sera impliqué dans le développement de ce logiciel et dans l'analyse des cibles Pristine. On s'attend à ce que WEAVE permette la détection d'étoiles particulièrement intéressantes, pour lesquelles des observations de suivi sur d'autres configurations télescope/instrument (avec un plus grand domaine spectral, une plus haute résolution spectrale et/ou un plus haut rapport signal/bruit) seront nécessaires. La candidat thésitif participera au suivi spectroscopique d'une partie de ces cibles. Il pourra également piloter le suivi de certains objets. Les parallaxes et les mouvements propres fournis par le satellite Gaia ont donné une impulsion particulière aux travaux chemo-dynamiques, dans lesquelles les populations stellaires de notre Galaxie sont séparées en fonction de leurs propriétés chimiques et dynamiques. Un des éléments de la thèse, dont le candidat devra faire l'apprentissage, sera consacré à l'étude des données cinématiques et au calcul des orbites galactiques. Le candidat aura ensuite tous les éléments pour étudier l'évolution chemo-dynamique des populations pauvres en métaux de notre Galaxie.

  • Titre traduit

    A survey of the first Galactic stars with Pristine and WEAVE


  • Résumé

    The Universe emerged from the big bang composed of only Hydrogen, Helium and traces of Lithium The first generations of massive stars produced the first elements heavier than Li and imprinted the fossil record of their nucleosynthetic production in the chemical composition of the low metallicity stars that were their immediate descendants. Therefore the study of such stars allows us precious insight on the masses and ionizing photons output of the first massive stars. This in turn provides fundamental knowledge on the early chemical evolution.These objects are extremely rare and require specific techniques and surveys to select them. At GEPI we are involved in the Pristine survey, a French-Canadian photometric survey conducted with MegaCam at CFHT, with a narrow band filter centered on Ca II H and K lines. Combined with the photometry in g,r and i bands, available from the SDSS, Pan Starrs and APASS surveys, or with the bands G, BP, RP provided by the Gaia satellite, it provides us an efficient pre-selection of stars for spectroscopic follow-up. In the last few years we have been gathering spectroscopic data, both at medium and high resolution, with a variety of telescopes and spectrographs. These spectra have the main purpose to improve the calibration of the photometric metallicities in order to allow a robust selection of targets for the WEAVE Galactic Archaeology Survey survey, that will start at the beginning of 2020. WEAVE is a high multiplex (1000 fibres simultaneously on the focal plane), large field-of view (2 degreees diameter) multi-object spectrograph that is being built for the William Herschel Telescope (Canary Islands). It will conduct a survey of 5 years using 70% of the available telescope time and the largest fraction of the time will be devoted to Galactic Archeology. About 20 fibres in each observed field will be devoted targets selected from the Pristine survey. This will be a major boost to the number of metal-poor stars with accurate chemical composition. GEPI is leading the French participation to this instrument, an INSU observation service for the WEAVE survey (ANO4) is already approved. The PhD candidate at the beginning is expected to analyse the high and medium resolution spectra acquired in preparation of WEAVE. She/he will subsequently be involved in the selection of metal-poor candidates to be observed by WEAVE. As soon as the WEAVE data become available she/he will be involved in the monitoring of the Survey and analysis of the WEAVE data. WEAVE will have a dedicated spectrum analysis pipeline that will provide atmospheric parameters and chemical abundances for all observed spectra. It is however expected that this pipeline will not perform very well below some given metallicity and will provide abundances only for a very limited number of chemical elements. The GEPI team has the task to assess the incoming data, and develop a pipeline optimised for the analysis of metal-poor stars, to be ran on all of the Pristine targets. The PhD candidate will be involved in this development and in the analysis of the Pristine targets. It is also expected that the WEAVE data will uncover some very interesting targets that will require further follow-up observations, with other instruments, to have larger spectral coverage, resolution and/or signal-to-noise ratio. The PhD candidate is expected to take part in some of these follow-up projets and lead a few of them. The availability of parallaxes and proper motions from the Gaia satellite has given a new impetus to the chemodynamical studies, in which the stellar population of the Galaxy are dissected according to their chemical and dynamical properties. The PhD candidate is expected to learn how to treat the kinematical data of the stars and compute Galactic orbits. This will put him in the position to study the chemodynamical evolution of the metal-poor populations of the Galaxy.