Observations et modélisations spectro-interférométriques longue base des étoiles et de leur environnement proche - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Long baseline spectro-interferometric observing and modeling of stars and their close environment

Observations et modélisations spectro-interférométriques longue base des étoiles et de leur environnement proche

Massinissa Hadjara
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 966002

Résumé

The angular resolution of an optical telescope improves as the inverse of the pupil diameter. On the earth, the atmospheric turbulence reduced however that power. The construction of optical telescopes with very large diameter beyond 50 m is a difficult technological challenge to imagine today. To address this limitation and to the atmospheric disturbance, an alternative is to combine coherently the light collected by two telescopes (or more) separate several tens of meters. Optical interferometry of many telescopes poses however technical obstacles that can be overcome only recently, nevertheless providing unique results for theorists astrophysicists. With the construction of the VLTI (Very Large Telescope Interferometer of the European Observatory ESO for the southern hemisphere) it is now possible to make observations with resolutions of the order of milli-arc-seconds, especially in IR with AMBER instrument (Astronomical Multi Beam Recombine). These new capabilities allow us to better constrain the stellar structures such as polar jets, equatorial disks and flattened photospheres stars rotating. Thus the estimate stellar fundamental parameters allows to explore in detail the mechanisms of mass loss, pulsation and magnetism governing variability and stellar evolution. This thesis presents the results of rapidly rotating stars observations conducted on the AMBER spectro-interferometer VLTI in its high average spectral modes and resolutions. The measurements are estimated on three simultaneous visibility bases, differential phases depending on the wavelength and closure phases, with good coverage of the $(u, v)$ plane for some nights. The data used are from several observation campaigns, including archives. These were highly degraded by the optical defects of AMBER, and assigned by standard optical interferometry long base IR noises: defects of the detector, reading noise, fringes follower instabilities, ... etc. Their analysis required the development of digital reduction of specific tools to achieve the necessary details to the interpretation of interferometric measurements. In interpreting these measures I developed a chromatic semi-analytical model of rapidly rotating star that allowed me to estimate, from the differential phases; the degree of flattening, the equatorial radius, speed of rotation, angle of inclination, the position angle of the star rotation axis in the sky, the local distribution of the actual temperature and the gravity to the surface of the star within the von Zeipel theorem. The results for four massive stars of spectral type B, A and F have allowed me to characterize the mechanisms discussed above and thus open framework for more systematic studies of similar objects subsequently extending these studies to the relationship photosphere circumstellar envelope.
La résolution angulaire d'un télescope optique s'améliore comme l'inverse du diamètre de sa pupille. Au sol, la turbulence atmosphérique réduit cependant ce pouvoir. La construction de télescopes optiques de très grand diamètre au-delà de 50 m constitue un défi technologique difficilement envisageable aujourd'hui. Afin de remédier à cette limite et à la perturbation atmosphérique, une alternative consiste à combiner de manière cohérente la lumière collectée par 2 télescopes (ou plus) séparés de plusieurs dizaines de mètres. L'interférométrie optique à grand nombre de télescopes pose toutefois des obstacles techniques qui ne peuvent être surmontés que depuis peu, apportant néanmoins des résultats uniques pour les astrophysiciens théoriciens. Avec la construction du VLTI (Very Large Telescope Interferometer, de l'observatoire européen ESO pour l'hémisphère sud) il est désormais possible d'effectuer des observations avec des résolutions de l'ordre des milli-arc-secondes, en particulier dans l'infrarouge avec l'instrument AMBER (Astronomical Multiple BEam Recombiner). Ces nouvelles possibilités nous permettent de mieux contraindre les structures stellaires telles que les jets polaires, les disques équatoriaux et les photosphères aplaties des étoiles en rotation. Ainsi l'estimation des paramètres fondamentaux stellaires permet d'explorer en détail les mécanismes de la perte de masse, la pulsation et le magnétisme qui régissent la variabilité et l'évolution stellaire. Cette thèse présente les résultats d'observations d'étoiles en rotation rapide menées sur le spectro-interféromètre AMBER du VLTI dans ses modes haute et moyenne résolutions spectrales. Les mesures effectuées sont les visibilités estimées sur trois bases simultanées, les phases différentielles en fonction de la longueur d'onde et des phases de clôtures avec, pour certaines nuits une bonne couverture du plan $(u,v)$. Les données utilisées sont issues de plusieurs campagnes d'observation, y compris d'archives. Ces dernières étaient fortement dégradées par les défauts optiques d'AMBER, et affectés par des bruits classiques d'interférométrie optique à longue base en IR: défauts du détecteur, bruit de lecture, instabilités du suiveur de franges, ...etc. Leur analyse a nécessité la mise au point d'outils numériques de réduction spécifiques pour atteindre les précisions nécessaires à l'interprétation de mesures interférométriques. Pour interpréter ces mesures j'ai développé un modèle semi-analytique chromatique d'étoile en rotation rapide qui m'a permis d'estimer, à partir des phases différentielles; le degré d'aplatissement, le rayon équatorial, la vitesse de rotation, l'angle d'inclinaison, l'angle position de l'axe de rotation de l'étoile sur le ciel, la distribution de la température effective locale et de la gravité à la surface de l'étoile dans le cadre du théorème de von Zeipel. Les résultats concernant 4 étoiles massives de types spectraux B, A et F m'ont permis de les caractériser pour les mécanismes évoqués ci-dessus et d'ouvrir ainsi la perspective d'études plus systématiques d'objets similaires en étendant ultérieurement ces études à la relation photosphère-enveloppe circumstellaire.
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Dates et versions

tel-01146181 , version 1 (27-04-2015)
tel-01146181 , version 2 (04-05-2015)

Licence

Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Pas de modification

Identifiants

  • HAL Id : tel-01146181 , version 1

Citer

Massinissa Hadjara. Observations et modélisations spectro-interférométriques longue base des étoiles et de leur environnement proche. Planète et Univers [physics]. Univ. Nice Sophia Antipolis, CNRS, I3S, UMR 7271, 06900 Sophia Antipolis, France, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01146181v1⟩
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