Star-disk interactions in young stars : dippers as seen with K2 - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Star-disk interactions in young stars : dippers as seen with K2

Interactions étoile-disque dans les étoiles jeunes : dippers observés avec K2

Résumé

After more than fifty years of research on star formation, we know that low-mass stars build a protoplanetary disk during their early stages of evolution. From this, planetary systems are formed. While the large-scale properties and behaviors of such disks are nowadays observable, most of the physical star-disk interactions that occur at scales of a few stellar radii are challenging to resolve with the most powerful interferometers. Among others, models of magnetosphere-driven accretion can be probed indirectly by means of photometry and spectroscopy. Dusty accretion streams can produce, under certain conditions, an episodic fading of the stellar brightness. Such stars are called 'dippers'. This thesis aims to study dipper stars in the Taurus star forming region, using extremely precise light curves as provided by the space mission K2.First, I build the dipper sample among all light curves that are provided for the Taurus region. I then study the dippers' periodicity with different techniques and the dips' morphology. Combining the K2 data with data from the literature and several archives, I provide stellar parameters in order to probe several explanations that have been proposed for the dipper phenomenon, first of all magnetospheric accretion.Confirming the results of previous surveys in different clusters, dippers in Taurus are very common, with a lower limit of their occurrence of ~20-30%. Given the constraints on their observability and short lifetime, the mechanisms at their origin are relevant for a majority of classical T Tauri stars. Most of the dippers that show dips as predominant variability are quasi-periodic, with periods of a few days that support corotation of the dusty inner disk material and star. Magnetospheric accretion can account for most, but not all of the light curves in this dipper sample.Finally, I apply radiative transfer modeling with the MCFOST code to JH 223, which is a prototypical dipper of the sample. Relevant information such as dust density, temperature, size of the occulting structure and its optical depth is degenerate in the observed light curves. The model of an optically thick, dusty sinusoidal wall is able to reproduce the observations of different irregular dips, with a variation of the dust content which is consistent with a moderate mass-accretion rate. Further improvements in the modeling of dusty accretion columns and the coupling with magnetohydrodynamical simulations will contribute to provide a full picture of this phenomenon in the near future.
Après plus de cinquante ans de recherche sur la formation des étoiles, nous savons que les étoiles de faible masse forment un disque protoplanétaire au cours des premiers stades de leur évolution. C'est à partir de ce disque que se forment les systèmes planétaires. Si les propriétés et les comportements à grande échelle de ces disques sont aujourd'hui observables, la plupart des interactions physiques étoile-disque qui se produisent à des échelles de quelques rayons stellaires sont difficiles à résoudre avec les interféromètres les plus puissants. Entre autres, les modèles d'accrétion induite par la magnétosphère peuvent être sondés indirectement au moyen de la photométrie et de la spectroscopie. Sous certaines conditions, les courants d'accrétion composés de gaz et poussière peuvent produire une diminution épisodique de la brillance de l'étoile. De telles étoiles sont appelées 'dippers' . Cette thèse a pour but d'étudier les étoiles de type dipper dans la région de formation d'étoiles du Taureau, en utilisant des courbes de lumière extrêmement précises fournies par la mission spatiale K2.Tout d'abord, je construis l'échantillon de dippers parmi toutes les courbes de lumière qui sont fournies pour la région du Taureau. J'étudie ensuite la périodicité des creux avec différentes techniques ainsi que leur morphologie. En combinant les données K2 avec les données de la littérature et de plusieurs archives, je fournis des paramètres stellaires afin de sonder plusieurs explications qui ont été proposées pour le phénomène des dippers, en premier lieu l'accrétion magnétosphérique. Confirmant les résultats des études précédentes dans différents amas, les dippers dans la région du Taureau sont très communs, avec une limite inférieure de leur occurrence de ~20-30%. Étant donné les contraintes sur leur observabilité et leur courte durée de vie, les mécanismes à leur origine sont significatifs pour une majorité d'étoiles T Tauri classiques. La plupart des dippers qui présentent des creux comme variabilité prédominante sont quasi-périodiques, avec des périodes de quelques jours qui soutiennent l'hypothèse que le matériau du disque interne contenant de la poussière et l'étoile soient en corotation. L'accrétion magnétosphérique peut expliquer la plupart, mais pas la totalité, des courbes de lumière de cet échantillon de dippers.Enfin, j'applique un modèle de transfert radiatif avec le code MCFOST à JH 223, qui est un dipper prototypique de l'échantillon. Des informations importantes telles que la densité de poussière, la température, la taille de la structure occultante et sa profondeur optique sont dégénérées dans les courbes de lumière observées. Le modèle d'un mur de forme sinusoïdale contenant de la poussière et optiquement épais est capable de reproduire les observations de différents creux irréguliers, avec une variation de la teneur en poussière qui est cohérente avec un taux d'accrétion de masse modéré. De prochaines améliorations dans la modélisation des colonnes d'che contenantes de la poussière et le couplage avec les simulations magnétohydrodynamiques contribueront à fournir une image complète de ce phénomène dans un futur proche.
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ROGGERO_2021_archivage.pdf (38.61 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03577104 , version 1 (16-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03577104 , version 1

Citer

Noemi Roggero. Star-disk interactions in young stars : dippers as seen with K2. Astrophysics [astro-ph]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2021. English. ⟨NNT : 2021GRALY058⟩. ⟨tel-03577104⟩
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