Studying the galactic disc by chemically tagging its stellar populations
Étude du disque Galactique par marquage chimique de ses populations stellaires
Abstract
Studying both the chemical composition and kinematics of Milky Way stars
is essential to understand how big structures of our Galaxy are formed.
Indeed, low-mass stars retain in their photosphere the chemical composition
of the interstellar medium is which they were born. Additionally, the kinematics are
essential to characterize different stellar populations. Galactic Archaeology
is based on the observation of a huge number of stars in order to put constraints
on a galactic scale. In this thesis, we focus on the galactic disc, a major
component of the Milky Way.
In the context of the Gaia mission, we have developed an automatic procedure GAUGUIN, devoted
to deriving chemical abundances. GAUGUIN is based on a grid of synthetic spectra and a Gauss-Newton
algorithm to find the best solution. We first applied our method to the Gaia-ESO Survey (GES) data to
derive alpha and iron-peak chemical abundances for 10000 stars. We then derived lithium abundances
for 7300 stars from the AMBRE project. GAUGUIN is well adapted to
massive spectroscopic surveys, both in terms of computation time and accuracy. GAUGUIN will be soon
integrated into the RVS DPAC analysis pipeline of the Gaia mission.
We studied the velocity dispersions in the galactic disc as a function of the [Mg/Fe] ratio,
used as an age proxy. From the recommended atmospheric parameters and abundances of
6800 GES stars, we detected thick disc stars with cool kinematics and high [Mg/Fe] ratio,
so presumably old. In the generally turbulent context of the primitive galactic disc, this thesis places these
results in the framework of the different disc formation and evolution scenarios.
We also showed that the lithium abundance in the galactic disc increases as a function of the metallicity
in the domain -1<[M/H]<+0 dex and decreases at super-solar metallicities. Finally,
the thin and the thick discs could be characterized by different lithium abundance evolutions.
Our results confirms that chemical abundances are an important diagnostic for understanding
the formation and the evolution of the Milky Way stellar populations. Moreover, the development
of automatic pipelines of abundance derivation is necessary to face the challenges
imposed by current massive spectroscopic surveys.
L'étude de la composition chimique et de la cinématique
des \étoiles de la Voie Lactée est essentielle afin de comprendre
comment les grandes structures de notre Galaxie se sont formées.
En effet, les étoiles de faible masse gardent d'une part en mémoire
dans leur atmosphère la composition chimique du milieu interstellaire
dans lequel elles sont nées. D'autre part la cinématique est essentielle
afin de caractériser les différentes populations stellaires.
L'Archéologie galactique est ainsi basée sur l'observation
et la caractérisation d'un grand nombre d'étoiles afin
de poser des contraintes à l'échelle galactique. Dans cette thèse,
nous nous penchons sur l'étude du disque galactique, composante majeure
de notre Galaxie.
Dans le cadre de la mission spatiale Gaia, nous avons développé
une procédure automatique de mesure d'abondances chimiques,
GAUGUIN, basée sur une grille de spectres synthétiques,
couplée à un algorithme de Gauss-Newton. Cette méthode
a été utilisée dans le cadre du Gaia-ESO Survey GES
(abondances chimiques d'éléments alpha et du pic du fer
pour 10000 étoiles) et du projet AMBRE (abondances de lithium
pour 7300 étoiles). GAUGUIN est parfaitement adapté
aux relevés spectroscopiques massifs en terme de temps de calcul
et de précision et va être prochainement intégré au
pipeline d'analyse des spectres RVS de Gaia.
Nous avons ensuite étudié l'évolution des dispersions des vitesses
dans le disque galactique en fonction du [Mg/Fe], utilisé comme proxy de
l'âge. A partir des paramètres atmosphériques et des abondances
recommandées d'un échantillon de 6800 étoiles de GES, nous
avons détecté la présence d'étoiles du disque
épais cinématiquement froides mais avec des valeurs élevées
du rapport [Mg/Fe], donc possiblement âgées. Dans le contexte d'un
milieu turbulent, nous discutons la présence
de ces étoiles dans le cadre des différents modèles de formation
du disque galactique.
Nous avons également montré que l'abondance du lithium dans le
disque montre une croissance avec la métallicité sur le domaine
-1<[M/H]<+0 dex et décroît pour les métallicités super-solaires.
Enfin, le disque mince et le disque épais seraient
caractérisés par des évolutions chimiques différentes en abondance
de lithium.
Ces résultats confirment d'une part que les abondances chimiques
sont un important diagnostic pour comprendre la formation et l'évolution
des populations stellaires de notre Galaxie. D'autre part, nous avons vu qu'il est nécessaire de développer
des procédures automatiques de détermination d'abondances pour l'Archéologie
galactique face aux challenges imposés par les relevés spectroscopiques massifs actuels.