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Sonder l’intérieur des étoiles pour comprendre l’histoire de la Voie Lactée

Direction  :

Collaborations  : Université de Genève.

L’évolution des étoiles est à la base de celle des galaxies. Pendant les phases avancées de leur vie, elles subissent d’importants changements dans leur structure interne et de leur composition chimique. Elles échangent alors de la matière avec leur environnement (planètes, étoile compagnon, ou milieu interstellaire) et contribuent significativement à l’enrichissement du milieu interstellaire, et, par suite, à l’évolution globale des galaxies.
Notre connaissance de l’histoire des galaxies repose donc sur la compréhension de celle des étoiles. Différents types d’observation permettent de contraindre et d’améliorer les modèles théoriques des étoiles. Jusqu’à aujourd’hui, ces derniers ont seulement été testés en utilisant les observations spectroscopiques (eg Gratton et al 2000, Smiljanic et al 2009) et photométriques qui révèlent les propriétés de surface des étoiles. Pour accorder les prédictions théoriques et les propriétés observées à la surface, il est alors nécessaire d’étudier les processus de transport du coeur vers la surface de l’étoile, tels que diffusion atomique, perte de masse, mélange induit par rotation, mélange par ondes internes de gravité, mélange thermohaline, ou une combinaison de ces processus. Certains de ces mécanismes ayant un impact direct sur la structure interne de l’étoile (eg Maeder & Meynet 2000, Charbonnel & Talon 2003, 2005, Palacios et al 2006), ainsi que sur les propriétés chimiques de surface (eg Charbonnel & Lagarde 2010), il est très important de pouvoir les contraindre précisément pour tous les stades de vie des étoiles.

Sur les traces de l’héliosismologie, l’astérosismologie a émergé durant les dix dernières années. L’observation des oscillations stellaires donnent directement des informations sur l’intérieur des étoiles et leur stade d’évolution, et donc leur âge, permettant de tester les modèles d’évolution stellaire (Eggenberger et al 2010, Lagarde et al. 2012, Morel et al 2014). Les satellites CoRoT (ESA/CNES, Baglin et al 2006) et Kepler (NASA, Borucki et al 2010) ont observé les oscillations de milliers d’étoiles dans notre Galaxie, qui sont des traceurs clés des différentes populations d’étoiles (Miglio et al 2012). Ces échantillons d’étoiles offrent des observations essentielles pour choisir entre les différents scénarios de formation et d’évolution de notre galaxie (eg Freeman & Bland-Hawthorn 2002 ; Chiappini 2012) : relations liant l’âge aux dispersions en vitesse et métallicité, gradient de métallicité et rapports d’abondances dans différentes régions de la Voie Lactée.

Le travail de thèse proposé se base sur les données récentes provenant de l’astérosismologie, ainsi que les données des grands relevés spectroscopiques en cours (APOGEE, Gaia ESO Survey) qui fournissent des abondances chimiques précises pour un grand nombre d’étoiles dans la Voie Lactée.
Il s’agira

  • de prendre en compte ces observations pour faire évoluer les modèles de structure interne (en particulier en étudiant les mécanismes de transport) et étudier les conséquences de ces nouveaux modèles sur l’évolution chimique globale de la Galaxie liée à sa formation et son évolution,
  • d’incorporer ces modèles d’évolution stellaire au modèle de synthèse de populations
    stellaires de la Galaxie développé à Besançon,
  • de confronter les observations en astérosismologie et en spectroscopie avec des simulations du modèle de la Galaxie pour caractériser les différentes populations stellaires dans notre Galaxie.

Expertise des proposants  :

  • Corinne Charbonnel, Patrick Eggenberger, Nadège Lagarde (Université de Genève, Observatoire de Genève) : mécanismes de transport dans les étoiles, évolution chimique, membres des collaborations d’observations en astérosismologie. L’étudiant/e aura à sa disposition le code d’évolution stellaire STAREVOL qui inclut les processus de transport du moment cinétique et des espèces chimiques par la circulation méridienne, la turbulence de cisaillement, les ondes internes de gravité, ainsi que le mélange thermohaline et aura accès aux observations en astérosismologie des satellites CoRoT et Kepler.
  • Céline Reylé, Annie Robin (Université de Franche-Comté, Observatoire THETA Franche-Comté-Bourgogne) : analyse des données de grands relevés à l’aide du modèle de la Galaxie de Besançon, membres des collaborations de grands relevés spectroscopiques. L’étudiant/e participera à la modélisation de notre Galaxie et aura accès aux données de grands relevés spectroscopiques du Gaia ESO Survey et APOGEE.

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