Les propriétés statistiques du champ magnétique Galactique observé par le satellite Planck

Statistical properties of the galactic magnetic field observed with the Planck satellite

• Auteur / Autrice : Andréa Bracco
• Direction : François Boulanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance le 16/12/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique spatiale (Orsay, Essonne ; 1990-....)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Pineau des Forêts
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Boulanger, Guillaume Pineau des Forêts, Snezana Stanimirovic, Thomas Troland, François-Xavier Désert, Patrick Hennebelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Snezana Stanimirovic, Thomas Troland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence

Champs magnétiques interstellaires

Poussière cosmique

Mots clés libres

Champ magnétique galactique

Milieu interstellaire

Polarisation

Galactic magnetic field

Interstellar medium

Polarization

Résumé

La dynamique du milieu interstellaire (MIS) est au cœur de notre compréhension de la formation des étoiles. La structuration du MIS est régiée par l’interaction entre gravité, mouvements turbulents et champs magnétiques. Si les deux premiers acteurs sont bien caractérisés par les observations, le r ˆ ole du champ magnétique Galactique (CMG), ainsi que son interaction avec la matière interstellaire, sont encore peu connus. La cartographie complète du ciel dans le domaine submillimétrique réalisée par le satellite Planck nous permet d’étudier la structure du CMG, projetée sur le plan du ciel, à partir de la polarisationde l’émission de la poussière interstellaire. Dans cette thèse, nous présentons une analyse des cartes en polarisation à 353 GHz, observées par l’instrument à hautes fréquences HFI de Planck. Nous étudions la structure du CMG et son interaction avec la turbulence interstellaire, de l’ensemble du voisinage Solaire aux échelles de la structure en filaments de la matière, dans le milieu diffus et les nuages moléculaires. La première étude statistique de la corrélation entre la géométrie du CMG et la structure de matière interstellaire est réaliséeen utilisant une méthode originale pour identifier les structures et mesurer leur orientation sur l’ensemble du ciel, puis quantifier les effets de projections. Les résultats sont interprétés en référence aux hypothèses théoriques et aux résultats obtenus à partir de simulationsnumériques magnétohydrodynamiques. Nous concluons que la turbulence tend à former des structures parallèles au champ magnétique dans le milieu diffus, et la gravité des structures perpendiculaires au champ dans les nuages moléculaires. Enfin, nous présentons et discutons deux perspectives liées à notre travail: la modélisation du ciel en polarisation aux hautes latitudes Galactiques comme avant-plan du fond cosmologique, et la relation entre cinématique du gaz et champ magnétique dans les structures en filaments du MIS.

The study of the dynamics of the interstellar medium (ISM) is essential to understand star formation. The ISM is a turbulent and magnetized medium governed by the interplay of self-gravity, turbulent motions and magnetic fields. While the former two are well characterized byexisting models and observations, today, the role of the Galactic magnetic field (GMF), and its interaction with interstellar matter, represent the most difficult aspects to probe. Thanks to its high sensitivity and resolution, full-sky coverage, and imaging at sub-mm wavelengths,the Planck satellite represents an enormous step forward in the characterization of the statistical properties of the GMF, as traced by dust polarization. In this thesis we present an analysis of the 353 GHz Stokes parameters maps (I, Q, U) observed with the High Frequency Instrument (HFI) of Planck. we aim at studying the structure of the GMF, and its interplay with interstellar turbulence, from the largest scales in the Solar neighborhood to those of the filamentary structures in the diffuse ISM and molecular clouds. We also develop a dedicated methodology to produce the first statistical study on the correlation betweenthe geometry of the GMF, projected on the plane of the sky, and the structure of interstellar matter. We interpret the results of the data analysis in light of theoretical models and Magneto-Hydrodynamic (MHD) numerical simulations, and conclude that my findings supporta scenario of formation of structures in the ISM where turbulence organizes matter parallel to the magnetic field in the diffuse medium, and the gas self-gravity produces perpendicular structures in the densest and magnetically dominated regions. We propose and discuss several perspectives of research related to our results, from the modeling of the high-latitude sky in polarization, for the investigation of dust properties and cosmological foregrounds, to the comparison of magnetic fields with the kinematics of the filamentary structures in the SM.