Student : Anthony NOLL
Advisor : Sébastien DEHEUVELS
Start : Octobre 2018
Group : PS2E
L’avènement récent de l’astérosismologie spatiale, qui consiste à l’étude des ondes sismiques qui se propage dans les intérieurs stellaires, représente également une opportunité unique de revisiter les questions ouvertes en physique stellaire, et donc d’améliorer la précision des modèles d’évolution stellaire.
La sismologie des étoiles sous-géantes et géantes rouges est particulièrement adaptée à cet objectif. En effet, ces étoiles possèdent des modes propres d’oscillation qui ont un caractère mixtes, se comportant à la fois comme des modes acoustiques dans l’enveloppe et comme des modes de gravité dans le coeur. En donnant accès à la structure fine du coeur, les modes mixtes procurent des contraintes observationnelles qui apportent un nouvel éclairage sur des processus physiques qui sont mal compris depuis des décennies. Ce projet de thèse se focalise sur deux questions ouvertes de physique stellaire sur lesquelles la sismologie des sous-géantes et des jeunes géantes peut apporter une contribution majeure : la taille des coeurs convectifs et le transport de moment cinétique interne.
La première partie du travail de thèse consistera à mesurer la taille des coeurs convectifs des étoiles de faible masse par l’utilisation des modes mixtes dans les sous-géantes. La taille exacte des coeurs convectifs reste incertaine dans la mesure où plusieurs processus physiques mal compris, comme le phénomène d’overshooting ou le mélange d’origine rotationnelle, induisent une extension de ces coeurs au-delà de leur limite théorique. Cela génère des incertitudes importantes sur les âges stellaires car les coeurs convectifs jouent le rôle de réservoirs pour les réactions nucléaires. Des contraintes inédites peuvent être apportées par la sismologie des sous-géantes. Pour les étoiles qui avaient un cœur convectif pendant la séquence principale, la convection s’arrête au cœur, mais le cœur convectif laisse une empreinte claire dans le profil de composition chimique, à laquelle les modes mixtes sont sensibles. Une analyse détaillée de l’efficacité de ce diagnostic sismique sera effectuée lors du travail de thèse en utilisant des modèles d’évolution stellaires. Celui-ci sera appliqué à plusieurs dizaines de sous-géantes pour lesquelles 4 ans de données photométriques ont été collectée avec le satellite Kepler dans le but de déterminer la taille de leurs coeurs convectifs. On explorera également la possibilité d’utiliser les modes mixtes pour effectuer des inversions du profil de composition chimique dans le coeur, ce qui procurerait des contraintes sans précédent sur la structure et l’évolution des coeurs convectifs.
La seconde partie de ce projet de thèse consistera à utiliser les modes mixtes des étoiles sous-géantes et des jeunes géantes pour mieux comprendre l’évolution de la rotation interne des étoiles. Il est aujourd’hui établi que la rotation a un impact majeur sur l’évolution stellaire, en induisant un mélange supplémentaire des éléments chimiques. Malgré son importance, la rotation interne des étoiles et les échelles de temps sur lesquelles elle évolue restent très mal connues. L’inversion du profil de rotation interne du Soleil par l’héliosismologie a apporté la preuve que les processus qui redistribuent le moment cinétique sont plusieurs ordres de grandeur plus efficaces que ne le prédisent les modèles théoriques actuels. L’origine de ce transport supplémentaire de moment cinétique reste une question ouverte. La sismologie des sous-géantes et des géantes rouges apporte un nouvel élan à ce problème car les modes mixtes permettent de mesurer précisément la rotation au coeur de ces étoiles.