Etude sismique des étoiles géantes rouges

1. Etude sismique des étoiles géantes rouges Promoteur: Marc-Antoine Dupret, chargé de cours Service: Astrophysique Stellaire Théorique et Astérosismologie (ASTA) Email:MA.Dupret@ulg.ac.be Tél.: 04 366 97 32 Les étoiles géantes rouges … Oscillations des géantes rouges Découverte très récente : Pulsations radiales grandes amplitudes : Mira, … Oscillations acoustiques de type solaire Modes d’oscillations radiales et non-radiales Observés par le satellite CoRoT, …

2. Etude sismique des étoiles géantes rouges Promoteur: Marc-Antoine Dupret, chargé de cours , ASTA Découverte très récente : Oscillations acoustiques de type solaire • Nombre élevé de modes • Structure régulière Modes d’oscillations radiales et non-radiales Observés par le satellite CoRoT, … Etude sismique de ces étoiles possible ! Les fréquences d’oscillations sont en lien étroit avec la structure interne des étoiles Possibilité de sonder leur structure interne en confrontant théorie et observations

3. Etude sismique des étoiles géantes rouges Promoteur: Marc-Antoine Dupret, chargé de cours , ASTA Le travail de mémoire … Simplification du problème pour mieux comprendre le lien fréquences – structure interne … Prédictions théoriques (Dupret et al. 2009, …) : les modes observables se réfléchissent sur la shell de combustion de l’hydrogène explique la régularité des fréquences On se limite à l’enveloppe convective au-dessus Elle peut être approximée par un polytrope n=3/2 • Calcul de modèles d’enveloppe polytropique • (Différentes masses et rayons, à la base et au sommet) • 2) Calcul des fréquences d’oscillation radiales et non-radiales de cette enveloppe

4. Etude sismique des étoiles géantes rouges Promoteur: Marc-Antoine Dupret, chargé de cours , ASTA Le travail de mémoire … 1ère phase • Calcul de modèles d’enveloppe polytropique • (Différentes masses et rayons, à la base et au sommet) • 2) Calcul des fréquences d’oscillation radiales et non-radiales de cette enveloppe • 3) Mise en évidence du lien • paramètres (R, M, Rc, Mc) – fréquences d’oscillation • Utilisation des formules analytiques issues de la théorie asymptotique (approximation JWKB) pour interpréter les résultats

5. Etude sismique des étoiles géantes rouges Promoteur: Marc-Antoine Dupret, chargé de cours , ASTA Le travail de mémoire … 2ème phase Validation des approximations utilisées … Modèles réalistes de géantes rouges Calcul complet des fréquences d’oscillations Vérification que les grandes tendances sont vérifiées Note : Les outils numériques nécessaires au calcul des modèles stellaires et leurs fréquences sont déjà opérationels

6. Etude sismique d’étoiles variables de type B Promoteur: Anne Thoul, chercheur qualifiée FNRS Service: Astrophysique Stellaire Théorique et Astérosismologie (ASTA) Email:anne.thoul@ulg.ac.be Tél.: 04 366 97 28 Les étoiles B de séquence principale … Oscillations des étoiles bleues Etoiles beta Cephei Modes de pression et modes mixtes : Masse ~ 10-15 M0 P ~ Quelques heures Slowly Pulsating B (SPB) Modes de gravité (poussée d’Archimède) Masse ~ 4 – 10 M0 P ~ jour

7. Etude sismique d’étoiles variables de type B Promoteur: Anne Thoul , ASTA Beta Cephei Plusieurs modes d’oscillation, modes mixtes chacun sonde une région différente de l’étoile Les fréquences d’oscillations sont en lien étroit avec la structure interne des étoiles: extension du cœur convectif, processus de transport, rotation interne, … Possibilité de sonder ces processus physiques en confrontant théorie et observations Nombreuses observations existantes depuis le sol et l’espace

8. Etude sismique d’étoiles variables de type B Promoteur: Anne Thoul , ASTA Beta Cephei Difficulté pour identifier les modes Incertitudes sur Teff , log g, métallicité Mais … Plusieurs solutions possibles … Le travail de mémoire … Possibilité 1 : Etude théorique de type « Hare and hound exercice » Possibilité 2 : Etude sismique d’étoiles beta Cephei réelles observées depuis le sol et/ou avec le satellite CoRoT.

9. Etude sismique d’étoiles variables de type B Promoteur: Anne Thoul , ASTA Possibilité 1 : Etude théorique de type « Hare and hound exercice » Question: Quelles informations doivent être connues pour pouvoir contraindre de façon pertinente le modèle de structure interne ? 1) On part d’un modèle donné et on calcule ses fréquences 2) On « oublie » le modèle et ne garde que les fréquences et contraintes non sismiques (Teff , log g, … ) avec leurs erreurs 3) On repère tous les modèles stellaires rendant le mieux compte des observations au sens des moindre carré 4) On tire les conclusions (Utilisation d’une grille de modèles déjà calculée par le groupe)

10. Etude sismique d’étoiles variables de type B Promoteur: Anne Thoul , ASTA Possibilité 2 : Etude sismique d’étoiles beta Cephei réelles observées depuis le sol et/ou avec le satellite CoRoT. • Etoiles beta Cephei individuelles avec grand nombre • de fréquences observées (CoRoT, campagnes multi-site). • beta Cephei observées dans un amas ouvert, … Etude sismique : Recherche des modèles de structure interne rendant le mieux compte des observations Outils utilisés : - Code Liégeois d’Evolution Stellaire (CLES) et grille de modèles pré-calculés - Codes d’oscillation adiabatique et non-adiabatique

11. Caractéristiques physiques et évolutives des étoiles hôtes de planètes Promoteurs: Arlette Noels et Michael Gillon Service: ASTA et ATI Email:Arlette.Noels@ulg.ac.be, Michael.Gillon@ulg.ac.be Tél.: 04 366 97 37 et 04 366 97 43 Un grand nombre d’exoplanètes ont été détectées Photométrie : Transits planétaires (CoRoT, …) Spectroscopie : Vitesse radiale (HARPS, …) Question : Lien étoile hôte – planètes ? Même composition chimique initiale Même âge Formées à partir du même nuage

12. Caractéristiques physiques et évolutives des étoiles hôtes de planètes Promoteurs: Arlette Noels (ASTA) et Michael Gillon (ATI) Question : Lien étoile hôte – planètes ? Même composition chimique initiale Même âge Formées à partir du même nuage Mieux connaître l’étoile hôte ouvre la voie à une meilleure compréhension du processus de formation des planètes et leur évolution. On souhaite connaître : - L’âge de l’étoile - Son rayon rayon (et masse) de la planète !! - Sa masse - Sa composition chimique - …

13. Caractéristiques physiques et évolutives des étoiles hôtes de planètes Promoteurs: Arlette Noels (ASTA) et Michael Gillon (ATI) On souhaite connaître : - L’âge de l’étoile - Son rayon rayon (et masse) de la planète !! - Sa masse - Sa composition chimique - … Les observations nous donnent : - La température effective, gravité, composition chimique de l’étoile - Sa densité moyenne donné par la courbe du transit ! - (fréquences d’oscillation) - …

14. Caractéristiques physiques et évolutives des étoiles hôtes de planètes Le travail de mémoire … • Etat des lieux : • Pour chaque système planétaire : que sait-on sur l’étoile hôte ? • température effective, gravité, composition chimique, densité moyenne, • fréquences d’oscillation, … • 2) Sur base de ces données : • Détermination théorique des autres caractéristiques de l’étoile hôte : • Âge, rayon, masse, … • Ainsi que l’erreur associée à la détermination de ces paramètres ! Analyse critique des erreurs associées à ces données ! (excentricité négligée …)

15. Caractéristiques physiques et évolutives des étoiles hôtes de planètes Le travail de mémoire … 2) Détermination théorique des autres caractéristiques de l’étoile hôte : Âge, rayon, masse, … Ainsi que l’erreur associée à la détermination de ces paramètres ! Méthode de travail : Utilisation d’une grille de modèles stellaires calculée avec le code Liégeois d’évolution stellaire CLES Identification des modèles rendant le mieux compte des observations Analyse du chi2 autour des minimums Erreurs sur les paramètres théoriques, corrélations, …