Imager les zones de formation des planètes autour des étoiles jeunes dans le cadre de reconstruction d'images pour le VLTI

par Stéphanie Renard

Thèse de doctorat en Astrophysique et milieux dilués

Sous la direction de Fabien Malbet et de Éric Thiébaut.

Soutenue en 2010

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'astrophysique de Grenoble (1979-2010) (laboratoire) .

Le président du jury était Stéphane Guilloteau.

Le jury était composé de Jean-Philippe Berger, Olivier Chesneau, Christian Perrier.

Les rapporteurs étaient Rafael Millan-Gabet, Laurent Mugnier.

mots clés

• Objets jeunes
• Disques circumstellaires
• Haute résolution angulaire
• Interférométrique infrarouge
• Reconstruction d'images
• Young stellar objects
• Circumstellar disks
• High angular resolution
• Infrared interferometry
• Image reconstruction
• Étoiles -- Formation
• Exoplanètes
• Reconstruction d'image
• Interféromètre du très grand télescope ESO
• Enveloppes circumstellaires
• Astronomie infrarouge

Résumé

Les planètes se forment très probablement dans les disques de gaz et de poussière détectés autour des étoiles jeunes en cours de formation. L'étude de ces disques circumstellaires est donc indispensable pour comprendre la formation des planètes et l'origine de notre système solaire. Au vu des distances des régions de formation stellaires les plus proches, observer la partie des disques situées entre 0. 1 et 10 UA correspond à des échelles spatiales de l'ordre de la milli-arcseconde. L'interférométrie infrarouge est un outil adapté pour atteindre de telles échelles spatiales et, par conséquent, pour étudier l'environnement proche des étoiles jeunes. Cependant, un interféromètre ne produit pas une image directe de l'objet observé. Les données obtenues jusqu'à présent sont peu nombreuses et utilisées uniquement pour contraindre des modèles théoriques. Avec l'arrivée de nouveaux instruments, les données interférométriques peuvent être utilisées pour reconstruire des images indépendamment de modèles paramétriques, comme il est habituellement fait dans le domaine radio. Le présent travail vise à appliquer la méthode de reconstruction d'images à des données interférométriques en infrarouge proche d'objets jeunes. Dans un premier temps, une étude systématique de la méthode de reconstruction d'images est réalisée sur l'algorithme MiRA et des règles pratiques pour les utilisateurs en sont extraits. Il est également démontré qu'il vaut mieux augmenter la couverture du plan (u; v), et ce de manière la plus homogène possible, plutôt que de diminuer les barres d'erreur sur les données. Dans un deuxième temps, la méthode est appliquée à une Herbig Ae, MWC275, donnant lieu à la première image de l'environnement proche d'une étoile jeune complexe. Suite à la pauvreté de la couverture (u; v), une image évidente à interpréter n'est pas réalisable malgré l'utilisation de paramètres adéquats. Une méthodologie impliquant l'utilisation d'un modèle de l'objet est donc indispensable afin de ne pas sur-interpréter les structures dans l'image reconstruite. Finalement, la technique est appliquée à d'autres objets jeunes. Ces nouvelles applications renforcent l'intérêt d'utiliser la reconstruction d'images comme technique d'analyse mais confirment également la prudence à avoir lors de l'analyse des images reconstruites.

Titre traduit

Image reconstruction in optical interferometry: application to the inner regions of protoplanetary disks

Résumé

Planets are believed to form in disks of gas and dust detected around newly born stars. The study of such circumstellar disks is necessary to understand how the planets form and the origin of our solar system. At the distance of the closest star forming regions, the observation of the disk at distances ranging from 0. 1 to 10 AUs corresponds to milli-arcsecond spatial scales. Infrared interferometry is a suitable tool to achieve such spatial scales and to conduct observations of the close environment of such disks. However, an interferometer does not provide a direct image of the observed object. The data obtained so far consist of a small number of measurements which can only constrain theoretical models. With the advent of recent multi-aperture interferometers, the interferometric data can be used to reconstruct images independently of any parametric model, as is routinely done in the radio frequency range. The goal of the present work is to apply the image reconstruction technique to near-infrared interferometric data of young stellar objects. Firstly, a systematic study of the image reconstruction method is done on the MiRA algorithm and practical rules for the users are derived from the tests. Moreover, the study demonstrates that the (u; v) coverage is more critical than the signal-to-noise ratio in the image reconstruction context. Secondly, the method is applied on an Herbig Ae star, MWC275, leading to the first image of a complex young stellar object. Due to the sparseness of the (u; v) coverage, an unambiguous image easy to interpret cannot be derived, even if optimal parameters are used. A methodology, using a model of the observed object, is necessary to not over-interpret the structures in the reconstructed image. Finally, the technique is applied to other young stellar objects. The new applications affirm the interest of the image reconstruction method to analyze the data, but confirm also that the images have to be interpreted carefully.