Stabilité des configurations magnétiques dans les étoiles de masse intermédiaire

Stability of the magnetic configurations in the intermediate mass stars

• Auteur / Autrice : Mathieu Gaurat
• Direction : François Lignières, Laurène Jouve
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, sciences de l'espace, planétologie
• Date : Soutenance le 08/11/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en astrophysique et planétologie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Évolution stellaire

Magnétohydrodynamique

Mots clés libres

Magnétohydrodynamique (MHD)

Etoiles

Simulations numériques

Magnetohydrodynamic (MHD)

Stars

Numerical simulations

Résumé

L'origine de certains champs magnétiques stellaires observés et leur impact sur l'évolution des étoiles sont mal compris. C'est particulièrement vrai dans le cas des étoiles de masse intermédiaire de la séquence principale. Des relevés spectropolarimétriques récents ont en effet révélé l'existence d'une dichotomie magnétique inexpliquée, de 2 ordres de grandeur en terme de champ longitudinal, entre le fort champ des étoiles Ap/Bp et le faible champ des étoiles Vega-like. Le but de cette thèse est de tester la possibilité que cette dichotomie magnétique soit liée, comme proposé par Aurière el al. (2007), au développement d'instabilités magnétohydrodynamiques (MHD) dans la zone radiative des étoiles de masse intermédiaire. Pour cela, j'ai réalisé des simulations numériques MHD 2D et 3D qui permettent de suivre l'évolution d'un champ magnétique axisymétrique soumis initialement à une rotation différentielle dans une zone stratifiée de façon stable puis de considérer le développement d'instabilités MHD non-axisymétriques. L'influence de différents paramètres physiques des simulations, comme l'intensité initiale du champ magnétique poloïdal, le profil de rotation différentielle, la valeur des coefficients de diffusion ou encore l'importance de la stratification stable, a été testée. L'analyse des résultats des simulations montre que des instabilités MHD comme l'instabilité magnétorotationnelle et celle de Tayler peuvent se déclencher dans une zone radiative en rotation différentielle. En accord avec le scénario de Aurière et al. (2007), ces instabilités se développent assez pour modifier la structure spatiale à grande échelle d'un champ magnétique si l'intensité initiale du champ poloïdal est suffisamment faible par rapport à l'intensité initiale de la rotation différentielle. Le champ longitudinal calculé pour nos simulations les plus instables est diminué de 15% par rapport à un cas stable. Ce travail de thèse montre donc que les instabilités MHD sont des possibles candidats pour expliquer le désert magnétique des étoiles de masse intermédiaire de la séquence principale.

The origin of some of the observed stellar magnetic fields and their impact on stellar evolution are not well understood. This is particularly true for the main sequence intermediate-mass stars. Recent spectropolarimetric surveys have indeed exhibited an unexplained magnetic dichotomy, of 2 orders of magnitude in term of the longitudinal field, between the strong field of Ap/Bp stars and the weak field of Vega-like stars. This thesis aims to test the possibility that this magnetic dichotomy is linked to the development of magnetohydrodynamic (MHD) instabilities in the radiative zone of intermediate-mass stars, as proposed by Aurière et al. (2007). To do that, I have performed 2D and 3D MHD numerical simulations that allow to follow the evolution of an axisymetric magnetic field which is initially submitted to a differential rotation in a stably stratified zone and then to consider the development of non-axisymetric MHD instabilities. The influence of different physical parameters of the simulations, as the initial strength of the poloidal magnetic field, the differentially rotating profile, the diffusion coefficient values or the effect of the stable stratification, has been tested. The analysis of the simulation results show that MHD instabilities as the magneto-rotational instability or the Tayler instability can be triggered in a differentially rotating radiative zone. In agreement with the scenario of Aurière et al. (2007), these instabilities are enough developed to modify the large scale spatial structure of a magnetic field if the initial strength of the poloidal field is sufficiently weak with respect to the initial strength of the differentially rotation. The computed longitudinal field in our most unstable simulations is reduced by 15% with respect to a stable case. Therefore, this thesis work shows that the magnetic instabilities are possible candidates to explain the magnetic desert of the main sequence intermediate-mass stars.