La dynamo des étoiles froides : nouveaux modèles théoriques en lien avec les observations spectropolarimetriques

Dynamos of young stars and M dwarfs : guiding theory to advanced models with spectropolarimetric observations

• Auteur / Autrice : Bonnie Romano Zaire
• Direction : Jean-Francois Donati, Laurène Jouve
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, Sciences de l'Espace, Planétologie
• Date : Soutenance le 06/12/2021
• 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-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Rieutord
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Francois Donati, Laurène Jouve, Silvia Alencar, Jérôme Bouvier, Matthew K. Browning
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaitee Hussain, Allan Sacha Brun

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarimétrie

Champs magnétiques (physique spatiale)

Étoiles froides

Mots clés libres

Champs magnétiques

Étoiles : champ magnétique

Étoiles : imagerie

Techniques : polarimétrique

Dynamo

MHD

Méthodes : numériques

Magnetic fields

Stars: magnetic field

Stars: imaging

Techniques: polarimetric

Dynamo

MHD

Methods: numerical

Résumé

Au cours des dernières décennies notre connaissance du magnétisme des étoiles froides a largement progressé grâce aux techniques d'imagerie tomographique qui permettent de reconstruire les champs de surface à grande échelle. Les cartes de champ magnétique obtenues pour des étoiles ayant des classes spectrales, des taux de rotation et des âges différents a révélé un lien entre la complexité de la topologie magnétique à grande échelle et la structure interne de l'étoile. L'évolution du champ magnétique à grande échelle est considérée comme une preuve observationnelle indirecte des ajustements de la dynamo tout au long de l'évolution stellaire. Ainsi, l'étude des champs magnétiques stellaires a été étroitement associée à l'analyse théorique de la génération du champ magnétique à l'intérieur des étoiles. Cette thèse est consacrée à l'étude de la morphologie magnétique des étoiles froides. Nous étendons l'échantillon d'étoiles dont le champ magnétique à grande échelle a été reconstruit en étudiant le compagnon actif du système binaire proche V471 Tau : la naine K2. Nous utilisons ces informations pour discuter de certains scénarios proposés pour expliquer les variations dans la fréquence des éclipse observées dans V471 Tau. De plus, guidés par la richesse des informations fournies par les observations de la morphologie magnétique des étoiles, nous réalisons des simulations de dynamo afin de déterminer les paramètres contrôlant cette topologie. Sur la base de nos études paramétriques, nous proposons un nouveau critère permettant de classer de manière cohérente la complexité du champ magnétique des naines M précoces comme principalement dipolaire ou principalement multipolaire.

In the past decades, our knowledge of the magnetism of cool stars has largely grown thanks to tomographic imaging techniques that allow reconstructing large-scale surface fields of stars. The collection of maps obtained for stars with different spectral classes, rotating rates, and age unveiled a link between the complexity of the large-scale magnetic topology and the star's internal structure. The large-scale magnetic field evolution is thought of as indirect observational evidence of dynamo action adjustments throughout the stellar evolution. Thus, the study of stellar magnetic fields has been closely associated with theoretical analysis of the magnetic field generation inside stars. In particular, magnetohydrodynamic numerical simulations have been performed in 3D to study how rotating turbulent convection generates and sustains magnetic fields. This thesis is dedicated to the study of the magnetic morphology of cool stars. We extend the sample of stars with reconstructed large-scale magnetic fields by studying the active companion of the close-binary system V471 Tau: a K2 dwarf main-sequence star that is rapidly rotating with a period of about 0.5 days. We use the information acquired to discuss the feasibility of some scenarios proposed to explain the eclipse timing variations observed in V471 Tau. Further, guided by the wealth of information provided by observations of the magnetic morphology of stars, we perform dynamo simulations to explore the possible parameters controlling the magnetic morphology of stars. Based on our parametric studies, we propose an energy ratio proxy that seems able to consistently classify the magnetic field complexity of early-M dwarfs as mainly dipolar or mainly multipolar.