Cepheids at high angular resolution: circumstellar envelope and pulsation
Les céphéides à haute résolution angulaire : enveloppe circumstellaire et pulsation
Résumé
Since more than a century, the period-luminosity relation of Cepheid stars is a funda- mental step of the cosmological distance ladder. However, the distance estimates from this law are only accurate to ∼ 5 % and this uncertainty is mainly due to its calibration. The enhancement of this calibration requires an accurate and independent determination of the distances of a sample of nearby Cepheids. Until recently, Cepheids were considered as devoid of circumstellar material. In 2005, interferometric observations with VLTI/VINCI and CHARA/FLUOR revealed the existence of a circumstellar envelope (CSE) around some Cepheids. This surrounding material is particularly interesting for two reasons : it could have an impact on the distance estimates and could be linked to a past or on-going mass loss. The use of Baade-Wesselink methods for independent distance determinations could be significantly biased by the presence of these envelopes. Although their observations are difficult because of the high contrast between the photo- sphere of the star and the CSE, several observation techniques have the potential to improve our knowledge about their physical properties. In this thesis, I discuss in particular high angular resolution techniques that I applied to the study of several bright Galactic Cepheids. First, I used adaptive optic observations with NACO of the Cepheid RS Puppis, combined with an observing mode called "cube", in order to deduce the flux ratio between the CSE and the photosphere of the star in two narrow bands of central wavelength λ = 2.18 μm et λ = 1.64 μm. In addition, thanks to the cube mode, I could carry out a statistical study of the speckle noise and inspect a possible asymmetry. Secondly, I analysed VISIR data to study the spectral energy distribution of a sample of Cepheids. These diffraction-limited images enabled me to carry out an accurate photometry in the N band and to detect an IR excess linked to the presence of a circumstellar component. On the other hand, applying a Fourier analysis I showed that some components are resolved. I then explored the K′ band with the recombination instrument FLUOR for some bright Cepheids. Thanks to new set of data of Y Oph, I improved the study of its circumstellar envelope. Using a ring-like model for the CSE, I assessed an angular size of 4.54 ± 1.13 mas and an optical depth of 0.011 ± 0.006. For two other Cepheids, U Vul and S Sge, I applied the interferometric Baade-Wesselink method in order to estimate their distance. I found d = 647 ± 45 pc and d = 661 ± 57 pc , respectively for U Vul and S Sge, as well as a linear radii R = 53.4 ± 3.7 R⊙ and R = 57.5 ± 4.9 R⊙ respectively.
Depuis plus d'un siècle, la relation période-luminosité (P-L) des étoiles Céphéides est un échelon fondamentale de l'échelle des distances cosmologiques. Cependant, l'estimation des distances à partir de cette loi n'est précise qu'à ∼ 5 % et cette incertitude est principalement due à son étalonnage. L'amélioration de cet étalonnage nécessite une détermination précise (de manière indépendante de la relation P-L) de la distance des Céphéides proches. Jusqu'à récemment, les Céphéides étaient considérées comme dépourvues de matériel circumstellaire. En 2005, des observations interférométriques VLTI/VINCI et CHARA/FLUOR ont révélé l'existence d'enveloppe circumstellaire autour de certaines Céphéides. Ce ma- tériel environnant est particulièrement intéressant pour deux raisons : il pourrait avoir un impact sur l'estimation des distances et pourrait être lié à une perte de masse passée ou en cours. L'utilisation de la méthode de Baade-Wesselink classique pour la détermination indépendante des distance pourrait être significativement biaisée par la présence de ces enveloppes. Bien que leurs observations soient difficiles à cause du fort contraste entre la photosphère de l'étoile et l'enveloppe circumstellaire, plusieurs techniques d'observations ont le potentiel d'améliorer notre connaissance sur leurs propriétés physiques. Dans ce manuscrit, je discute en particulier des techniques de haute résolution angulaire que j'ai appliqué pour l'étude de plusieurs Céphéides Galactiques. Dans un premier temps j'ai utilisé des observations de la Céphéide RS Puppis en imagerie par optique adaptative avec NACO, couplée à un mode d'observation dit "cube", pour déduire le rapport de flux entre l'enveloppe et la photosphère de l'étoile dans deux bandes étroites centrées sur λ = 2.18 μm et λ = 1.64 μm. De plus grâce au mode cube, j'ai également pu effectuer une étude statistique du bruit de speckle me permettant d'étudier une éventuelle asymétrie. Dans un second temps, j'ai analysé des données VISIR pour étudier la distribution d'éner- gie spectrale d'un échantillon de Céphéides. Ces images, qui sont limitées par la diffraction, m'ont permis d'effectuer une photométrie précise dans la bande N et de mettre en évi- dence un excès infrarouge lié à la présence d'une composante circumstellaire. D'autre part en appliquant une analyse de Fourier j'ai montré que certaines de ces composantes sont résolues. J'ai ensuite exploré la bande K′ avec l'instrument de recombinaison FLUOR pour certaines Céphéides brillantes. Grâce à de nouvelles données sur l'étoile Y Oph, j'ai approfondi l'étude de son enveloppe circumstellaire. En utilisant un modèle d'étoile entourée d'une couronne sphérique, j'ai déterminé une taille angulaire de 4.54 ± 1.13 mas et une profondeur optique de 0.011 ± 0.006. Pour deux autres Céphéides, U Vul et S Sge, j'ai appliqué la méthode de Baade-Wesselink afin d'estimer une première mesure directe de leur distance. J'ai trouvé unedistanceded = 647 ± 45pcetd = 661 ± 57pc,respectivementpourUVuletSSge,ainsi qu'un rayon linéaire moyen R = 53.4 ± 3.7 R⊙ et R = 57.5 ± 4.9 R⊙ respectivement.
Loading...