Diagnostics sismiques des intérieurs stellaires avec Kepler : rotation et interfaces

par Steven Christophe

Thèse de doctorat en Astronomie et Astrophysique

Soutenue le 19-09-2019

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 LESIA - Laboratoire d'Etudes Spatiale et d'Instrumentation en Astrophysique (laboratoire) , Observatoire de Paris (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire d'Etudes spatiales et d'instrumentation en astrophysique (laboratoire) .


  • Résumé

    L’astérosismologie s’intéresse aux oscillations des étoiles pour apporter des contraintes directes sur la physique des intérieurs stellaires. Avec quatre ans de données sismiques de grande qualité, la mission spatiale Kepler (NASA) nous permet de tester les modèles de structure et d’évolution stellaire sur des terrains qui étaient jusqu’alors inaccessibles. Dans un premier volet, j’aborde le problème de la rotation et du transport du moment cinétique dans les étoiles avec un point de vue nouveau : celui des pulsateurs de type γ Doradus. Les études sismiques du Soleil et des géantes rouges ont montré qu’un ou plusieurs mécanismes de transport sont manquants dans les modèles stellaires actuels. En tant que progénitrices de géantes rouges, les étoiles γ Dor sont d’un intérêt particulier mais ce sont aussi des rotateurs modérés à rapides pour lesquels un traitement approprié du couplage rotation-pulsation est nécessaire pour le diagnostic sismique. Ceci a mené au développement de morse , un outil de diagnostic pour l’identification des modes d’oscillation et pour la mesure de la rotation interne des γ Dor. Après m’être assuré de la fiabilité de cet outil, j’ai mesuré les rotations internes de 36 γ Dor observées par Kepler. Une première comparaison de ces mesures avec des modèles CESTAM incluant le transport par la circulation méridienne et la turbulence de cisaillement, montre qu’un mécanisme de transport supplémentaire extrait du moment cinétique du cœur de ces étoiles. Celui-ci reste encore à identifier. Dans un second volet, j’étudie de plus près le phénomène de pénétration convective ayant lieu à l’interface de l’enveloppe convective et de l’intérieur radiatif des étoiles de type solaire. J’utilise la signature sismique de cette interface pour étalonner l’extension de la zone de pénétration convective en m’appuyant sur le modèle proposé par Zahn (1991). Les résultats préliminaires obtenus pour deux pulsateurs solaires du Kepler LEGACY suggèrent que la taille de cette zone est peu dépendante de l’âge, la métallicité ou la masse de l’étoile.

  • Titre traduit

    Seismic diagnostics of stellar interiors with Kepler : rotation and interfaces


  • Résumé

    Asteroseismology, the study of stellar oscillations, provides a direct way to probe the physics of stellar interiors. With four years of seismic data of unprecedented quality, the Kepler mission allows us to test stellar structure and evolution models on fields that were out of reach before. In a first part, I broach the problem of rotation and angular momentum transport in stars with a novel viewpoint : that of γ Doradus pulsators. Seismic studies of the Sun and red giants revealed that one or several transport mecanisms are missing in current stellar evolution models. As progenitors of redgiants, γ Dor stars are of particular interest but they are also moderate to rapid rotators for which an appropriate treatment of the rotation-pulsation coupling is needed. This led to the development of morse , a diagnostic tool for mode identification and the measurements of the internal rotation rates of γ Dors. After ensuring the reliability of this tool, I measured the internal rotation rates of 36 γ Dors observed by Kepler . A first comparison of these measurements with CESTAM models that include transport by meridional circulation and shear turbulence, shows that a supplementary transport is extracting angular momentum from the core of these stars. This mechanism remains to be identified. In the second part, I started a systematic seismic study of the phenomenon of penetrative convection occuring at the interface of the convective envelope and radiative interior of solar-like stars. The seismic signature of the base of the convective envelope is used to calibrate the size of the penetration region on the basis of the model proposed by Zahn (1991). Preliminary results obtained for two solar-like pulsators of the Kepler legacy sample suggest that the size of this zone is weakly dependent on stellar age, metallicity or mass.


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