Modes mixtes inertiels et gravito-inertiels dans les étoiles de type gamma Doradus

Soutenance de thèse de Marion Galoy (Salle de Conférence)

Résumé de la thèse :

Les modes propres d’oscillation des étoiles induisent des variations périodiques dans la lumière qu’elles émettent. Les fréquences d’oscillation associées, mesurées avec une grande précision grâce aux longues durées d’observation depuis l’espace (missions CoRoT, Kepler, TESS et PLATO à venir), contiennent des informations uniques sur l’intérieur des étoiles, ou plus précisément sur les propriétés physiques de la cavité résonnante où les modes propres se forment par interférence constructive des ondes. Les différents types d’ondes, et donc de modes, se distinguent par la force de rappel qui les engendre : la force de pression pour les modes acoustiques, la force d’Archimède et la force de Coriolis pour les modes gravito-inertiels, et la force de Coriolis seule pour les modes purement inertiels. L’astérosismologie consiste à extraire l’information sur l’intérieur des étoiles contenue dans les fréquences d’oscillation observées. C’est un outil sans équivalent pour tester et faire progresser la théorie de l’évolution stellaire.
Les étoiles de type gamma Doradus, légèrement plus massives que le Soleil, présentent un cœur convectif entouré d’une zone radiative. Elles sont particulièrement intéressantes en raison de la présence de modes gravito-inertiels, qui se propagent profondément en leur sein. Pour ces étoiles en rotation rapide, l’approximation traditionnelle de la rotation (TAR), qui ne prend en compte que partiellement la force de Coriolis, est couramment utilisée pour décrire les modes gravito-inertiels. Cependant, cette approximation n’est valable que dans la zone radiative et ne peut donc pas traiter le cas de la résonance potentielle entre les modes inertiels du cœur convectif et les modes gravito-inertiels de la zone radiative.
Ainsi, en utilisant un code d’oscillation stellaire tenant pleinement compte de la force de Coriolis, Ouazzani et al. (2020) ont démontré l’existence d’une telle résonance, révélant la présence de modes mixtes de nature inertielle dans le cœur convectif et de nature gravito-inertielle dans la région radiative. Ces modes pourraient donner accès à de précieuses informations sur le stade évolutif et la rotation du cœur. Ils provoquent un creux observable, et déjà observé dans une vingtaine d’étoiles, dans le diagramme représentant la différence de périodes entre deux modes d’ordres radiaux consécutifs en fonction de la période.
Dans ce contexte, cette thèse vise à étudier numériquement ce phénomène de résonance afin de développer des outils de diagnostic sismique permettant d’extraire les informations physiques contenues dans cet observable. J’ai utilisé le code bidimensionnel d’oscillation TOP pour calculer des modes mixtes à différentes rotations et pour différents modèles d’étoiles de type gamma Doradus le long de la séquence principale. J’ai établi des relations entre la position et la largeur des creux induits par les résonances, la fréquence du mode inertiel au cœur et la fréquence de Brunt-Väisälä au bas de la zone radiative. Ces relations empiriques sont indépendantes des modèles d’étoile utilisés. Puisque la fréquence du mode inertiel est liée à la stratification en densité du cœur convectif et à sa rotation, et grâce aux informations disponibles en dehors des creux, nous disposons ainsi d’un ensemble unique de contraintes sismiques sur le mélange des éléments chimiques, la rotation et le stade évolutif des étoiles de type gamma Doradus.

Composition du jury de thèse :

• Rapporteurs :
  • Marc-Antoine Dupret
  • Daniel Reese
• Examinateurs/examinatrices :
  • Ana Palacios
  • Stéphane Charpinet
• Direction/co-direction :
  • François Lignières
  • Jérôme Ballot
• Membre invité :
  • Rhita-Maria Ouazzani