Dynamique des étoiles massives proches de la rotation critique

Dynamics of massive stars at rotation rates close to criticality

• Auteur / Autrice : Damien Gagnier
• Direction : Michel Rieutord, Corinne Charbonnel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Sciences de l'Espace, Planétologie
• Date : Soutenance le 30/09/2020
• 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 (Toulouse ; 2011-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique des fluides

Astrophysique

Étoiles -- Rotation

Supergéantes

Mots clés libres

Étoiles massives

Rotation

Vents radiatifs

Dynamique des fluides astrophysiques

Massive stars

Rotation

Radiation-driven winds

Strophysical fluid dynamics

Résumé

La rotation joue un rôle majeur sur la dynamique, la structure et l'évolution séculaire des étoiles massives, souvent rotateurs rapides. Elle implique le mélange des éléments chimiques synthétisés dans leur cœur convectif, et la redistribution du moment cinétique dans leur enveloppe radiative. La rotation influence également le vent radiatif présent à leur surface, et modifie ainsi les pertes de masse et de moment cinétique associées. L'objectif de ce travail de thèse est multiple : nous cherchons à déterminer le rôle de la rotation sur les pertes de masse et de moment cinétique associées aux vents radiatifs des étoiles massives, comprendre le rôle de ces vents radiatifs sur leur évolution rotationnelle séculaire, et déterminer les implications d'une perte de moment cinétique sur la dynamique de l'enveloppe radiative de ces étoiles. Nous montrons que deux régimes de vent peuvent exister, l'un d'eux résulte en un fort flux de masse équatorial, donc en une forte perte de moment cinétique. Cette perte accrue de moment cinétique peut empêcher les étoiles massives d'atteindre une rotation critique avant la fin de la séquence principale. Enfin, l'étude du couplage entre les vents radiatifs et la dynamique de l'enveloppe radiative des étoiles massives en rotation montre que la couche de Stewartson est une caractéristique clé de l'écoulement pour le transport des éléments chimiques entre le cœur convectif et la surface des étoiles massives.

Rotation plays a major role in the dynamics, structure and secular evolution of, often rapidly rotating, massive stars. It leads to the mixing of chemical elements synthesised in their convective core, and to the transport of angular momentum in their radiative envelope. Rotation also influences the radiation-driven wind on their surface, and thus modifies the associated losses of mass and angular momentum. The objective of this thesis is multifold: we seek to determine the role of rotation on the mass and angular momentum losses associated with massive stars radiation-driven winds, to understand the role of such radiation-driven winds on their secular rotational evolution, and to determine the implications of a loss of angular momentum on the dynamics of the radiative envelope of these stars. We show that two different wind regimes can exist, one of them results in a strong equatorial mass flux, and thus in a high angular momentum loss rate. Such increased angular momentum loss may prevent massive stars from reaching critical rotation before the end of the main sequence. Regarding the coupling between radiative winds and the dynamics of the radiative envelope of massive rotating stars, we show that the Stewartson layer is a key component for the transport of chemical elements between the convective core and the surface of massive stars.