Révision des listes de membres, des paramètres structurels et de la cinématique des amas stellaires de la Voie Lactée.

Revisiting the memberships, structural parameters and kinematics of stellar clusters in the Milky Way.

• Auteur / Autrice : Yoann Tarricq
• Direction : Caroline Soubiran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 02/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Hervé Bouy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caroline Soubiran, Hervé Bouy, Céline Reylé, Estelle Moraux, David Katz, Laia Casamiquela
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Céline Reylé, Estelle Moraux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Statistique stellaire

Étoiles -- Amas ouverts

Galaxies -- Amas

Étoiles

Voie lactée

Mots clés libres

Galaxie: cinématique et dynamique

Galaxie: structure

Amas ouverts et associations: general

Méthodes: statistique

Galaxie: amas et associations

Étoiles: cinématique et dynamique

Galaxy: kinematics and dynamics

Galaxy: structure

Open clusters and associations: general

Methods: statistical

Galaxy: clusters and associations

Stars: kinematics and dynamics

Résumé

Les amas stellaires sont des groupes d'étoiles gravitationnellement liés. Les astronomes distinguent deux types d'amas stellaires : les amas gobulaires et les amas ouverts (AO). Cette thèse se concentre sur ces derniers. Les étoiles appartenant à un AO donné ont toutes été formées à partir du même nuage de gaz moléculaire lors du même événement de formation stellaire. Des étoiles de masses très différentes se forment lors de tels événements mais elles partagent toutes la même cinématique, la même composition chimique et le même âge. Les membres d'un AO peuvent être dispersés sur de vastes régions car les AO se désintègrent au cours de leur vie, à cause des interactions gravitationnelles avec leur environnement mais la détermination des propriétés des AO est tout de même beaucoup plus précise que pour les étoiles isolées car basée sur plusieurs étoiles. Pour cette raison, les AO constituent des sondes efficaces dans le domaine de l'archéologie galactique, destinées à élucider les propriétés et l'évolution de notre Galaxie.Le volume et la précision sans précédent des données de la mission Gaia ont radicalement changé notre vision de la population d’AO en nous révélant la position en trois dimensions ainsi que la cinématique en deux dimensions de plus d’un milliard d’étoiles. Dans cette thèse, nous visons à identifier les amas en voie de désintégration et leurs membres, ainsi qu’à revisiter les propriétés des AO à la lumière des données Gaia.Nous avons utilisé de nouvelles techniques d'apprentissage automatique afin de détecter les étoiles partageant les mêmes cinématiques et parallaxes à proximité des amas. Si les noyaux des amas ont déjà fait l’objet de nombreuses études, notre méthodologie de regroupement appliquée à plusieurs centaines d'amas nous a permis de révéler qu’ils sont plus étendus que prévu, et ce indépendamment de leur âge. Nous publions de nouvelles listes de membres qui nous ont permis d'identifier 70 amas présentant de remarquables queues de marée, un signe de désintégration. Nous multiplions par plus de quatre le nombre de ces structures identifiées et mettons en évidence les différents processus d'évaporation des amas et les courtes échelles de temps dont ils ont besoin pour les affecter. Nous déterminons, de manière homogène et automatique, plusieurs paramètres morphologiques comme la taille des amas, les profils de densité radiale et les niveaux de ségrégation de masse.Nous avons également combiné les mesures de vitesse radiale (VR) de la mission Gaia et de plusieurs relevés au sol pour mesurer la VR des AO et étudier leur cinématique en trois dimensions. Nous fournissons le plus grand catalogue de VR disponible pour les AO, compilé et homogénéisé à partir de tous les catalogues disponibles de spectroscopie haute résolution complémentaires à Gaia. Cela nous permet de caractériser les propriétés cinématiques de la population d’AO et de les comparer à celles des étoiles de champ. Notre comparaison des différentes composantes galactiques de la vitesse montre que les nuages moléculaires géants sont moins efficaces pour disperser les AO que les étoiles de champ. Enfin, une analyse des orbites des amas montre que les AO naissent sur des orbites circulaires, et que plus ils vieillissent, plus leurs orbites sont enclines à subir des perturbations.

Stellar clusters are gravitationally bound groups of stars. Astronomers distinguish two types of stellar clusters: Gobular and Open Clusters (OCs). This thesis is focused on the latter. The stars belonging to a given OC have all been formed from the same cloud of molecular gas during the same event of star formation. Stars of very different mass are formed during such events but they all share the same kinematics, chemical composition and age. The members of an OC can be spead on vast regions because OCs disrupt during their lifetimes due to their gravitational interactions with their surroundings. The determination of the OCs properties is still much more accurate than for isolated stars as it is based on several stars. This makes OCs efficient probes for Galactic archeology studies, dedicated to unravel the properties and the evolution of our Galaxy.The unprecedented volume and accuracy of the Gaia mission data dramatically changed our vision of the OC population by giving us access to the three dimensional positions and two dimensional kinematics of more than 1 billion stars. In this thesis, we aim at identifying disrupting clusters and their members and at revisiting the properties of OCs in the light of Gaia data.We used novel machine learning techniques in order to detect the stars sharing the same kinematics and parallaxes in the surroundings of clusters. Our clustering methodology applied on several hundreds of clusters allowed us to reveal that clusters are not limited to their well studied cores but are more extended than previously expected, regardless of their age. We provide new lists of members which allowed us to identify 70 clusters with remarkable tidal structures, a sign of ongoing disruption. We multiply by more than four the number of such identified structures and highlight the different cluster evaporation processes and the short timescales they need to affect the clusters. We determine several morphological parameters like cluster sizes, radial density profiles and mass segregation levels in a homogeneous and automatic way.We also combined Radial Velocity (RV) measurements from the Gaia mission and from several ground based surveys to measure the RV of OCs and to study their kinematics in three dimensions. We provide the largest RV catalogue available for OCs, compiled and homogeneised from all available catalogues of high resolution spectroscopy complementary to Gaia. This allows us to characterize the kinematical properties of the OC population and to compare them with that of field stars. Our comparison of the different Galactic components of the velocity shows that Giant Molecular Clouds are less efficient to scatter OCs than field stars. Finally, an analysis of the orbits of the clusters shows that OCs are born in circular orbits, and as age increases they are more prone to suffer perturbations of their orbits.