Sujet de thèse de Thibault MERLE
encadré par F. THÉVENIN et L. BIGOT

vendredi 27 avril 2012 par Merle Thibault

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Transfert de rayonnement hors ETL dans les photosphères et les chromosphères stellaires : applications aux atomes de magnésium, de calcium et de fer dans les étoiles tardives

 

Résumé

L’analyse des abondances stellaires s’appuie généralement sur une description à l’Équilibre Thermodynamique Local (ETL) des atmosphères stellaires. Cette description, valable dans l’intérieur d’une étoile, n’est pas toujours appropriée pour décrire le transfert de rayonnement dans les couches atmosphériques (photosphère et chromosphère). Par conséquent, il est nécessaire d’adopter une description hors-ETL (HETL) du transfert de rayonnement (au sens où les équations de l’équilibre statistique remplacent celles de Boltzmann et de Saha) pour mieux comprendre les processus physiques à l’œuvre dans ces atmosphères ; description qui a l’inconvénient de nécessiter beaucoup de données atomiques.

 Mon travail de thèse a consisté à construire des modèles d’atomes à partir des bases de données les plus récentes de physique atomique. Les atomes considérés en priorité sont ceux correspondants aux éléments α neutres (I) et ionisés (II) du magnésium (Mg) et du calcium (Ca). Ces éléments ont un intérêt astrophysique important car ils permettent de sonder l’histoire de l’enrichissement chimique des populations stellaires galactiques et extra-galactiques. Aussi, j’ai développé un code de construction de modèles d’atomes  FORMATO qui combine les données issues des bases des données atomiques en ligne (NIST, VALD, TOPbase, base de R. Kurucz) ainsi que des formules semi-empiriques, semi-classiques et de calculs quantiques issues de la littérature. Ces atomes ont été utilisés pour l’étude de la formation des raies spectrales HETL à l’aide du code MULTI.

Tout d’abord, j’ai étudié les effets HETL pour des modèles d’atmosphères MARCS d’étoiles tardives, en particulier de géantes et de super-géantes. J’ai utilisé mes modèles d’atomes de magnésium et de calcium pour calculer une grille de corrections HETL à appliquer sur les largeurs équivalentes des principales raies de ces éléments avec une attention particulière pour les raies du domaine de longueur d’onde du spectrographe RVS de la mission Gaia. Ces corrections peuvent être utilisées par les méthodes automatiques d’analyse d’abondances basées sur les largeurs équivalentes pour les grands sondages présents ou à venir (RAVE et Gaia par exemple).

D’autre part, j’ai appliqué le transfert HETL du CaII pour l’étude des chromosphères de plusieurs géantes rouges de type K observées dans le triplet IR par interférométrie (VEGA@CHARA). En effet, les cœurs des raies de ce triplet se forment dans la chromosphère. À partir d’un modèle d’atmosphère incluant un modèle de chromosphère pour la géante ß Cet, j’ai calculé les lois d’assombrissement centre-bord HETL de ce triplet. Le rayon moyen de la chromosphère, obtenu pour la première fois de cette façon, est de 15 à 30 % plus grand que le rayon de la photosphère.

Enfin, dans le cadre du Carina Project, nous avons mis en évidence des effets HETL sur l’équilibre d’ionisation du fer (Fe) dans un échantillon de 44 géantes rouges de la galaxie dSph Carina, en s’appuyant sur une étude comparée des raies du FeI et du FeII en ETL et HETL. L’écart obtenu par analyse des abondances à l’ETL est de 0,10 dex entre les distributions de métallicité FeI - FeII des géantes de Carina. Cet écart s’explique par la sur-ionisation du FeI dans les géantes de plus en plus déficientes en métaux et est soutenu par des calculs NETL qui mettent aussi en évidence des écarts importants sur les équilibres d’excitations du FeI et du FeII.

Ces travaux permettront également de tester l’influence des collisions avec l’hydrogène neutre sur les écarts à l’ETL du magnésium puisque des calculs quantiques commencent à voir le jour. De plus, d’autres modèles d’éléments légers sont en cours de construction afin d’étudier les abondances des populations stellaires et de contribuer au développement des modèles d’atmosphères stellaires HETL.

 

Publications

  •  Merle T., Thévenin F., Pichon B., Bigot L., 2011, MNRAS, 418, 863 « A grid of NLTE corrections for magnesium and calcium in late-type giant and supergiant stars : application to Gaia » arXiv:1107.6015
  • Berio P., Merle T., Thévenin F. et al., 2011, A&A, 535, 59 « Chromosphere of K giant stars. Geometrical extent and spatial structure detection » arXiv:1109.5476
  •  Fabrizio M., Merle T., Thévenin F., Bono G. et al., 2012, PASP, accepté « The Carina project. V. The impact of NLTE effects on the iron content » arXiv:1204.4612 

 

 
Documents joints :

version 10.1


Version électronique (341 pages)


Version imprimable (257 pages)