Caractériser le champ magnétique et l’activité des étoiles jeunes avec SPIRou

Soutenance de thèse de Benjamin FINOCIETY (Salle Coriolis, OMP)

Résumé de la thèse

Les étoiles de faible masse de la pré-séquence principale (PSP), âgées de quelques millions d’années et appelées étoiles T Tauri (TTS), présentent souvent une activité magnétique intense induisant des fluctuations photométriques et en vitesses radiales (VR) réduisant nos chances de détection de jeunes planètes nécessaires pour contraindre les modèles d’évolution stellaire et planétaire. Le champ magnétique stellaire responsable de cette activité trouve son origine dans les processus de dynamo œuvrants dans les couches convectives externes de l’étoile. La présence de ce champ induit, au travers de l’effet Zeeman (proportionnel au carré de la longueur d’onde), des distorsions dans les raies spectrales de l’étoile observée ainsi que certaines signatures spécifiques en lumière polarisée. L’infrarouge (IR) proche permet donc une meilleure sensibilité que le domaine visible utilisé la plupart du temps pour caractériser les champs magnétiques stellaires et comprendre les mécanismes de dynamo sous-jacents.
Au cours de cette thèse, nous avons étudié la topologie magnétique et l’activité de deux étoiles T Tauri à faibles raies d’émission (V410 Tau et LkCa 4), i.e. étoiles TTS dont la majeure partie du disque d’accrétion s’est dissipée, en utilisant des données collectées avec le spectropolarimètre infrarouge SPIRou et le télescope spatial TESS. En inversant les distorsions des profils en lumière non-polarisée et les signatures Zeeman en polarisation circulaire, l’imagerie Zeeman-Doppler (ZDI) nous a permis de reconstruire la distribution des taches et le champ magnétique à grande échelle à la surface de ces étoiles. Nos reconstructions montrent que ce champ est intense, allant de ∼400 G à ∼1.9 kG, pour V410 Tau et LkCa 4, respectivement. Bien qu’entièrement convectives, ces deux étoiles présentent notamment un fort champ toroïdal contrairement à la plupart des étoiles PSP et SP de structure similaire, pour lesquelles le champ est majoritairement poloïdal. Nos résultats illustrent que les observations IR sont moins sensibles au contraste entre les taches et la photosphère calme, puisque l’on retrouve des couvertures en taches plus de deux fois inférieures à celles observées dans le domaine visible pour ces mêmes étoiles. L’activité stellaire perturbe néanmoins les mesures de VR. Nous avons alors filtré son impact en (i) utilisant un modèle basé sur les cartes reconstruites avec ZDI et (ii) en appliquant une régression par processus Gaussiens aux VR brutes. Les VR filtrées obtenues avec ces méthodes suggèrent qu’aucune planète massive n’orbite à proximité immédiate de ces étoiles, en accord avec les études précédentes.
À l’aide de ZDI, on estime par ailleurs que la rotation différentielle à la surface de V410 Tau et LkCa 4 est 7 à 10 fois plus faible que celle du Soleil. Toutefois, les étoiles TTS montrent souvent une variabilité intrinsèque ne pouvant être due à la rotation différentielle et qu’il est impossible de modéliser avec ZDI. Nous avons donc développé une méthode novatrice, baptisée TIMeS (Time-dependent Imaging of Magnetic Stars), basée sur les approximations parcimonieuses et les processus Gaussiens afin de reconstruire la topologie magnétique des étoiles TTS et de modéliser son évolution temporelle, à partir d’une série temporelle de signatures Zeeman en polarisation circulaire.
Les futures données SPIRou et l’application de la méthode TIMeS à des données réelles offriront l’opportunité de mieux caractériser le champ magnétique (et sa variation temporelle) des étoiles TTS ou post-TTS dans les prochaines années. Il est, de plus, envisageable d’étendre cette nouvelle technique d’imagerie à la reconstruction de la distribution de brillance à la surface de telles étoiles afin d’améliorer la modélisation de l’activité stellaire (et le filtrage des VR), en utilisant un modèle à la fois physique et flexible.

Composition du jury de thèse