Étude des conditions physiques dans les disques protoplanétaires par interférométrie. Théorie, instrumentation et premières observations. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2007

Study of physical conditions in protoplanetary disks by interferometry. Theory, instrumentation and first observations.

Étude des conditions physiques dans les disques protoplanétaires par interférométrie. Théorie, instrumentation et premières observations.

Fabien Malbet

Résumé

Stars are forming when clouds of gas and dust collapse. In the close environment of the new star, the matter is concentrated in an equatorial plane which is called protoplanetary disk. The astronomers think that planets are formed within this mass of gas and dust orbiting around the star. To probe these disks at scales corresponding to the orbits of the future planets, it is necessary to observe at very high spatial resolution in the infrared wavelength domain. Infrared interferometry is therefore an ideal tool to study the physical conditions in protoplanetary disks. In this document, I describe the first steps of infrared interferometry, from the beginning of the small interferometers PTI and IOTA until the construction of the AMBER instrument at the focus of the VLT Interferometer. I describe also the results of a technological research track, particularly attractive in the case of infrared interferometry, and coming from the information freeway: the integrated optics applies to the combination of several beams in astronomy. I show then how from observations obtained from these instruments, it is possible to constrain the physics of disks around young stars. Thanks to the spectral resolution recently available on these instruments, for the first time, we can separate the physical phenomena as different as accretion of matter onto the star and the ejection of particles by winds whose precise origin is still not well known. The results presented in this document were obtained mainly from observations on the young systems FU Ori and MWC 297 and performed by AMBER on the VLTI, but also by the small infrared interferometers PTI and IOTA. I tackle also the modeling of the vertical structure of those disks in order to show the wealth of obtained information. Finally I draw the contours of a research program that will allow first the VLTI astrophysical return to be maximized, and then the first interferometric images of these circumstellar environments to be obtained. I also propose to build a second generation instrument for the VLTI which will bring detailed interferometric images by aperture synthesis of these compact sources.
Les étoiles se forment lors de l'effondrement de nuages de gaz et de poussière. Dans l'environnement proche de l'étoile naissante la matière se concentre dans un plan équatorial que l'on appelle disque protoplanétaire. Les astronomes pensent que les planètes se forment au sein de cette masse de gaz et de poussière orbitant autour de l'étoile. Pour sonder ces disques à des échelles correspondant aux orbites des futures planètes, il convient d'observer dans l'infrarouge à très haute résolution spatiale. L'interférométrie infrarouge est donc un outil idéal pour étudier les conditions physiques des disques protoplanétaires. Dans ce mémoire, je décris les premiers pas de l'interférométrie infrarouge, depuis la mise au point des petits interféromètres PTI et IOTA jusqu'à la construction de l'instrument AMBER au foyer de l'interféromètre du VLT. Je décris aussi les résultats d'une piste de recherche technologique particulièrement attrayante dans le cas de l'interférométrie infrarouge et issue des technologies des autoroutes de l'information: l'optique intégrée appliquée à la combinaison de plusieurs faisceaux en astronomie. Je montre ensuite comment à partir des observations obtenues à partir de ces instruments, il est possible de contraindre la physique des disques autour des étoiles jeunes. Grâce à la résolution spectrale nouvellement disponible sur ces instruments, pour la première fois nous pouvons séparer des phénomènes physiques aussi différents que l'accrétion de matière sur l'étoile et l'éjection de particules par des vents dont l'origine précise est encore mal connue. Les résultats présentés dans ce mémoire ont été obtenus principalement à partir d'observations sur les systèmes jeunes FU Ori et MWC 297 effectuées par AMBER sur le VLTI, mais aussi par les petits interféromètres infrarouges PTI et IOTA. Je développe aussi les travaux de modélisation de la structure verticale des disques associés afin de montrer la richesse des renseignements obtenus. Finalement je trace les contours d'un programme de recherche qui permettra tout d'abord de maximiser le retour astrophysique sur un instrument comme le VLTI, puis d'obtenir de premières images interférométriques de ces environnements circumstellaires. Je propose aussi la réalisation d'un instrument de seconde génération qui permettra de fournir des images interférométriques détaillées de ces sources compactes par synthèse d'ouverture.
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Dates et versions

tel-00189697 , version 1 (21-11-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00189697 , version 1

Citer

Fabien Malbet. Étude des conditions physiques dans les disques protoplanétaires par interférométrie. Théorie, instrumentation et premières observations.. Astrophysique [astro-ph]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2007. ⟨tel-00189697⟩
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