Les processus de transport dans les étoiles de type-solaire

Transport processes in solar-type stars

• Auteur / Autrice : Thibaut Dumont
• Direction : Ana Palacios, Corinne Charbonnel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et Astronomie
• Date : Soutenance le 20/05/2021
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Université de Genève (Genève, Suisse). Faculté des sciences
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Yveline Lebreton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ana Palacios, Corinne Charbonnel, Yveline Lebreton, Rafael A. García, José Dias do Nascimento, Fabrice Martins, Patrick Eggenberger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rafael A. García, José Dias do Nascimento

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lithium

Étoiles -- Atmosphères

Transfert radiatif

Astronomie géodésique

Mots clés libres

Evolution et structure stellaire

Etoiles de faible masse

Processus de transport

Modèlisation stellaire

Stellar evolution and structure

Low-Mass stars

Transport processes

Stellar modelling

Résumé

Les processus de transport qui se produisent dans les intérieurs radiatifs des étoiles de type-solaire et des étoiles de faible masse sont mis en évidence par la variation en surface des éléments légers, en particulier le lithium (Li) et le béryllium (Be), ainsi que par l'évolution du taux de rotation stellaire. Bien qu'il existe de nombreux modèles de transport indépendants pour le moment cinétique et les espèces chimiques, il manque des théories auto-consistantes permettant aux modèles d'évolution stellaire de reproduire simultanément les observations actuelles. Les étoiles de faible masse (type spectral F à K) de population I sont en effet caractérisées par un appauvrissement important en Li au cours de leur évolution depuis la pré-séquence principale jusqu'à l'âge du Soleil, ainsi que par la brèche du Li (et du Be) pour les étoiles de type F et observée dans quelques amas ouverts comme les Hyades. Le mélange induit par la rotation est un processus insuffisant pour expliquer pleinement l'appauvrissement en Li observé.L'objectif de cette thèse est d'explorer comment des processus de transport supplémentaires peuvent améliorer l'accord entre les modèles d’évolution stellaire et les contraintes observationnelles. Avec le code d’évolution stellaire STAREVOL, nous avons exploré plusieurs processus issus de la littérature pour le transport des éléments chimiques et du moment cinétique (pénétration convective, mélange tachocline, turbulence additionnelle, viscosité additionnelle).La nécessité de processus de transport supplémentaires dans les modèles d'évolution stellaire pour le transport des produits chimiques et du moment cinétique est confirmée, en plus de la diffusion atomique, de la circulation méridienne et du cisaillement turbulent. Nous avons identifié la dépendance rotationnelle de la pénétration convective comme un processus clef. Deux processus de mélange turbulent paramétriques supplémentaires et distincts (un pour le moment cinétique et un pour les produits chimiques) sont également nécessaires pour expliquer simultanément l'appauvrissement en Li observé en surface et l’évolution rotationnelle. Cela est également nécessaire pour une plus grande gamme de masses allant de 0,8 à 1,2 Msol afin de reproduire la tendance d’appauvrissement en Li avec la température effective décroissante du côté froid de la brèche. Enfin la brèche du Li (et du Be), pour les étoiles de masse 1,3-1,5 Msol, affiche une tendance différente et nous avons montré qu'une prescription et des paramètres différents, notamment pour la turbulence de cisaillement et le freinage magnétique, sont nécessaires pour la modéliser.

Transport processes occurring in the radiative interior of solar-type stars and low-mass stars are evidenced by the surface variation of light elements, in particular lithium (Li) and beryllium (Be), as well as by the evolution of the stellar rotation rate. While there are many independent transport models for angular momentum and chemical species, there is a lack of self-consistent theories that permit stellar evolution models to simultaneously match the present-day observations. Low-mass stars (F- to K- spectral type) of Population I are characterised by an important Li-depletion during their evolution from the pre-main sequence to the age of the Sun, as well as the so-called Li-dip (and Be-dip) for F-type stars and observed for a few open clusters like the Hyades. Rotation-induced mixing has been seen as an insufficient process to fully explained the observed Li depletion.The aim of the PhD thesis is to explore how additional transport processes can improve the agreement between evolutionary models and observational constraints. Using the stellar evolution code STAREVOL, we explored several transport processes from the literature for chemicals and for angular momentum (penetrative convection, tachocline mixing, additional turbulence, additional viscosity).The need for additional transport processes in stellar evolution models for both chemicals and angular momentum in addition to atomic diffusion, meridional circulation, and turbulent shear is confirmed. We identified the rotational dependence of the penetrative convection as a key process. Two additional and distinct parametric turbulent mixing processes (one for angular momentum and one for chemicals) are required to simultaneously explain the observed surface Li depletion and the solar internal rotation profile. This is also necessary for a larger range of masses from 0.8 to 1.2 Msol in order to reproduce the Li depletion trend with decreasing effective temperature on the cold side of the dip. Finally, the Li (and Be) dip, for stars of mass 1.3-1.5 Msol, displays a different trend, and we have shown that a readjustment of the prescription and parameters, notably for shear turbulence and magnetic braking, are needed to reproduce it.