Dynamo des étoiles de type solaire : impact de la masse et de la rotation

Mass and rotation effect on solar-type stars dynamo

• Auteur / Autrice : Audrey Morgenthaler
• Direction : Pascal Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie dynamo (physique spatiale)

Géomagnétisme

Étoiles

Mots clés libres

Etoiles de type solaire

Champ magnétique

Activité stellaire

Atmosphère stellaire

Imagerie Zeeman-Doppler

Résumé

La présence de champs magnétiques est connue dans de nombreux types d'étoiles, des étoiles entièrement convectives aux étoiles les plus massives, dont les couches externes sont radiatives. Dans le cas des étoiles de type solaire, le champ magnétique à grande échelle est généré continuellement par l'intermédiaire d'une dynamo mettant en oeuvre l'action combinée de la convection et de la rotation dans l'enveloppe convective. Cependant, malgré l'amélioration continue des modèles de dynamo et l'extrême précision des observations solaires, certains mécanismes physiques impliqués dans la génération du champ magnétique sont encore sujets à discussion. Depuis quelques années, l'augmentation spectaculaire des performances des spectropolarimètres stellaires a rendu possible la détection de champs magnétiques d'étoiles froides exhibant des niveaux d'activité faibles, semblables à celui du Soleil. Le but de cette thèse est d'exploiter des observations spectropolarimétriques afin d'apporter des informations nouvelles sur la dynamo des étoiles de type solaire, en déterminant comment les paramètres magnétiques de ces étoiles dépendent des paramètres stellaires fondamentaux, en particulier la masse et la période de rotation. L'échantillon étudié au cours de ce travail comporte une vingtaine d'étoiles de la séquence principale ayant des masses comprises entre 0. 6 et 1. 4 masse solaire et des périodes de rotation entre 3. 4 et 43 jours. Les observations ont débuté en 2007. L'analyse des données spectropolarimétriques a permis de déterminer leur topologie magnétique à grande échelle grâce à la technique d'imagerie Zeeman-Doppler. Ont également été étudiés d'autres traceurs du champ magnétique sensibles à une plus large gamme d'échelles spatiales, tels que l'émission chromosphérique, l'asymétrie des raies spectrales et l'élargissement Zeeman des raies. La variabilité du champ magnétique à petite et grande échelle a ainsi été mise en évidence sur des périodes temporelles variant de la période de rotation des étoiles à plusieurs années. De multiples renversements de polarité et des cycles magnétiques plus courts que le cycle solaire ont également été identifiés pour plusieurs cibles en rotation rapide. La période de rotation des étoiles semble être un paramètre fondamental pour l'apparition de cycles rapides, ces derniers n'ayant été observés que dans le cas de périodes de rotation courtes.

Magnetic fields are known to be present in a wide variety of stars, from fully convective low-mass stars to massive stars with external radiative layers. In solar-type stars, the large-scale magnetic field is continuously produced by dynamo processes generated by the interplay between convection and rotation in the convection zone. In spite of fast progress in dynamo modelling and extremely accurate solar observations, some of the physical processes involved in the solar dynamo are still controversial. In the last few years, outstanding improvements of stellar spectropolarimeters have allowed the detection of magnetic fields in cool stars with low activity levels, similar to the Sun. This work aims at analyzing spectropolarimetric data in order to provide new information about solar-type star dynamo, by determining the link between stellar magnetic properties and fundamental stellar parameters, especially mass and rotation. The stellar sample includes 19 stars on the main sequence and probes masses between 0. 6 and 1. 4 solar mass and rotation periods between 3. 4 and 43 days. The monitoring started in 2007. Spectropolarimetric data analysis allowed the reconstruction of the large-scale magnetic topology thanks to the Zeeman-Doppler Imaging technique. Chromospheric emission, spectral lines asymmetry, and Zeeman broadening of the lines, which are all sensitive to a wider range of spatial scales, have also been studied. Small- and large-scale magnetic field variability have been observed within time intervals ranging from stellar rotation periods to a few years. A number of polarity reversals and magnetic cycles shorter than solar have been identified for several rapid rotators. The occurrence of rapid stellar cycles seems to depend on the stellar rotation period and were only observed for stars with short rotation periods.