Thèse en cours

Activité magnétique des étoiles dans le cadre de la mission PLATO

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Auteur / Autrice : Lucie Degott
Direction : Frederic  BaudinRéza Samadi
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Astrophysique Spatiale
Equipe de recherche : Physique Solaire et Stellaire
Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

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Résumé

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Le champ magnétique des étoiles est observé depuis plus d'un siècle et les taches magnétiques du Soleil depuis au moins Galilée. Cependant, la génération de ce champ magnétique stellaire reste mal comprise. Le lancement des satellites CoRoT et Kepler, capables de délivrer des mesures de précision photométrique inégalée sur des milliers d'étoiles, a ouvert de nouvelles possibilités pour la compréhension de la dynamo stellaire. En effet, la précision photométrique relative obtenue (de l'ordre de quelques 10-4 par pose sur les cibles brillantes de CoRoT) permet de détecter la présence de taches stellaires sur des centaines d'étoiles de types et tailles différents (Hulot et al., 2011, arXiv:1104.2185 ). C'est donc un véritable paysage du magnétisme stellaire qu'il est maintenant possible de dessiner. Dans le cas des étoiles brillantes, on est même désormais en mesure de distinguer des détails fins du paysage comme la rotation différentielle (ingrédient majeur de la dynamo stellaire) dans plusieurs étoiles. Ces étoiles brillantes seront justement la cible de la future mission PLATO. L'observation de milliers d'étoiles brillantes va ouvrir la voie à une étude systématique du magnétisme en relation avec une connaissance approfondie des étoiles observées grâce à l'analyse sismique que permettront aussi les données de la mission PLATO. De plus, la mission GAIA apportera elle aussi son lot d'information quant à des caractéristiques globales de l'étoile (métallicité par exemple). Ces données spatiales pourraient éventuellement être complétées par des observations spectroscopiques au sol, visant des raies atomiques sensibles à la présence de champ magnétique comme la raie K du calcium ou la raie H alpha, amenant ainsi une approche massive multi instruments et multi méthodes totalement nouvelle du magnétisme stellaire. Le travail proposé s'intégrera à la préparation de la mission PLATO, et plus particulièrement dans le développement de la chaine de traitement destinée à la production des données relatives à l'activité magnétique du Stellar Analysis System de la mission. Il consistera d'abord en la calibration des outils d'analyse des courbes de lumière des étoiles. Les outils utilisés dans ce but sont de plusieurs types. L'un des plus simples à utiliser massivement sur un grand nombre d'étoiles est l'analyse de Fourier. En effet, il est possible de détecter la signature indirecte de ces taches dans le spectre de Fourier de la courbe de lumière pour obtenir des informations similaires : période de rotation, durée de vie des taches, etc… Les outils existants et à développer seront testés avec l'utilisation  d'outils de simulation de courbes de lumière adaptés (comme celui développé au sein du  consortium PLATO, développé par l'un d'entre nous -RS- ou l'outil StarSim2, Rosich et al. A&A, 2020). Un autre outil, plus complexe sera aussi testé et calibré: il s'agit du spot modelling qui vise à caractériser les taches (taille, position sur le disque, etc...) à partir de la courbe de lumière. Le lien avec l'analyse classique de Fourier sera à analyser: retrouve-t-on bien dans les profils de Fourier une information cohérente avec celle présente dans les courbes temporelles? Cet outil de spot modelling présente cependant des limitations (solutions ambigües) mais nous proposons d'approfondir une approche complémentaire qui apporte plus de contraintes et diminue drastiquement l'ambigüité des solutions. Il s'agit d'exploiter spécifiquement la signature fine des transits planétaires : quand une planète passe devant une tache stellaire, l'intensité lumineuse augmente légèrement car la planète ne cache plus une partie brillante de la photosphère de l'étoile mais une partie sombre, menant donc à une augmentation relative de l'intensité pendant le transit (voir par exemple Valio et al, 2017, ApJ, 835, 294). L'angle d'inclinaison de l'axe de rotation de l'étoile, source majeure d'ambigüité (avec la latitude) est alors connu, tout comme la taille de la tache relativement à celle de la planète responsable du transit. L'efficacité de cette méthode a été démontrée sur quelques cibles des missions CoRoT et Kepler, et nous souhaitons en exploiter tout le potentiel avec PLATO. En effet, après le travail de mise au point et de calibration des outils, il s'agira de valider et exploiter les outils d'analyse en s'appuyant sur un échantillon plus ou moins important des dizaines de milliers de courbes de lumières obtenues par les missions CoRoT et Kepler. Il est essentiel de déterminer quelles informations fiables il est possible de tirer par cette méthode pour préparer ce type d'analyse pour la mission PLATO. Une dernière étape du travail consistera à relier les signatures associées au magnétisme en surface avec les caractéristiques globales de l'étoile ainsi que les propriétés de la convection à l'intérieur de l'étoile. Cette dernière est en effet, avec la rotation, un ingrédient majeur de la dynamo stellaire qui peut se résumer par le nombre de Rossby, bon indicateur du niveau d'activité magnétique de l'étoile. Il s'agira de raffiner éventuellement cet indicateur en s'appuyant sur l'analyse sismique de l'étoile et par la modélisation de sa structure interne qui permettent une estimation fiable de ce nombre de Rossby. Au final, ce travail produira des outils validés pour le traitement et l'exploitation des données de la mission PLATO, validation qui aura été faite en se basant sur des simulations et des données réelles (Corot, Kepler) qui pourront d'ores et déjà contribuer à une compréhension plus fine de la dynamo stellaire.