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Theses Year : 1998

Inverting helioseismic measurements: the internal rotation of the Sun

Inversion des mesures héliosismiques: la rotation interne du Soleil

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Abstract

This work presents a study of the internal rotation of the Sun, from the core up to surface layers, as inferred from helioseismic observations. The Sun is at the moment the only star for which one can learn about its internal dynamics from observations. This represents a test for the theories of angular momentum evolution and thus for all the physical process involved in these theories. I present first the theoretical aspects that allow us to make the link between the observation of the global oscillations of the Sun and its internal rotation. Then I give the principal inverse methods used to infer the rotation from the observations and the tools for the interpretation of the results. I use in this work several ground based observations or spatial data coming from instruments on board SoHO launched in 1995. I develop a new regularized least square code that insure the regularity of the solution in the core and that allow surfaces constraints to be taken into account. The analysis of various observations by means of this code shows a quasi solid rotation in the radiative interior and a latitudinal dependent rotation in the convection zone. The shear layer named tachocline between these two regimes and the core rotation require specific treatments. For the study of the tachocline, I develop a non linear method that can preserve the high rotational gradients that occur in this zone. This approach, used for the first time in helioseismic context, leads to a thin tachocline located beneath the convection zone and thus represents a constraint for the theoretical studies of this zone. Finally, the results reached from various data do not allow to conclude de nitively concerning the deepest layers but show that the current observations are in good agreement with a rigid rotation from the base of the tachocline down to 0.2 solar radius.
Ce travail est une étude de la rotation interne du Soleil, depuis le coeur jusqu'à la surface, par l'interprétation des observations héliosismiques a l'aide de techniques d'inversion. Le Soleil est à l'heure actuelle la seule étoile dont on peut déterminer de manière précise la rotation interne ce qui constitue un test pour les théories d'évolution du moment angulaire et donc des nombreux processus physiques entrant en jeu dans ces théories. Je présente tout d'abord les aspects théoriques permettant de relier la rotation interne du Soleil aux observations de la structure ne du spectre de ses oscillations globales puis je détaille les différentes approches du problème inverse consistant à déduire la rotation de ces observations. Plusieurs ensembles de mesures récentes provenant d'observations réalisées au sol ou à bord du satellite SoHO lance en 1995 sont utilisés. Je développe un code d'inversion original base sur une méthode de moindres carrés régularisée qui assure la régularité de la solution au centre et permet l'introduction de contraintes de surface. L'analyse des différentes observations à l'aide de ce code et dans le cadre de collaborations internationales révèle une rotation rigide dans l'intérieur radiatif et une rotation différentielle en latitude dans la zone convective. La zone de transition entre les deux régimes de rotation nommée tachocline ainsi que la rotation du coeur font l'objet d'une analyse spécifique. Pour l'étude de la tachocline, j'ai adapte une méthode non linéaire qui permet de préserver les forts gradients de rotation caractérisant cette zone. Cette approche, utilisée pour la première fois dans le cadre de l'héliosismologie, conduit a une tachocline très étroite située sous la zone convective ce qui constitue une contrainte pour les modèles théoriques de cette zone. Finalement, les résultats obtenus a partir de différentes données ne permettent pas de conclure définitivement sur la rotation des couches les plus internes mais montrent que les observations actuelles sont compatibles avec une rotation rigide sous la tachocline s'étendant jusqu'à 0.2 rayon solaire.
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Dates and versions

tel-02921925 , version 1 (25-08-2020)

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  • HAL Id : tel-02921925 , version 1

Cite

Thierry Corbard. Inversion des mesures héliosismiques: la rotation interne du Soleil. Astrophysique stellaire et solaire [astro-ph.SR]. Université de Nice Sophia-Antipolis, 1998. Français. ⟨NNT : 1998NICE5237⟩. ⟨tel-02921925⟩
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