MASTER OMEGA – ASTROPHYSIQUE: Année 2004-2005

PROPOSITION DE STAGE DE RECHERCHE

Nom et prénom du proposant: MATHIAS Philippe

Laboratoire d'appartenance: UMR 6203, Dépt. GEMINI, Observatoire de la Côte d'Azur

Equipe: Physique Stellaire et Interférométrie (PSI)

TITRE DU STAGE: Identification des modes dans les étoiles de type g Doradus

Sujet (maximum une page: contenu scientifique et méthodes, bibliographie sommaire)

La connaissance de l'intérieur des astres ne pourra jamais être vue directement, les couches internes étant opaques aux photons. Depuis très longtemps, seuls des modèles plus ou moins valides peuvent rendrent compte de la structure interne des étoiles. Cependant, depuis la découverte des oscillations solaires dans les années 60, une nouvelle discipline, l'héliosismologie, a permis de mieux connaître les couches sub-photosphériques du Soleil, et a donc permis de mieux contraindre les modèles.

Plus récemment, cette discipline s'est élargie à d'autres étoiles, et l'on parle maintenant d'astérosismologie. La décennie qui arrive s'annonce excellente pour cette nouvelle discipline, avec 2 satellites dédiés: COROT (lancement mi-2006) et EDDINGTON (mais malheureusement fortement remis en cause...).

Le premier est davantage consacré aux étoiles de type solaire d'une part et de type d Scuti d'autre part, qui sont des pulsateurs à modes de pression, dont les ondes vont sonder plutôt les couches les plus externes. Or, entre ces 2 familles de pulsateurs existent les étoiles g Doradus, qui entretiennent des modes de gravité permettant de sonder les couches les plus internes de l'étoile. Dans le cadre des Programmes Additionnels de COROT, nous avons répondu à l'appel d'offre préliminaire sous la forme d'une "Letter of Interest". Nous avons participé à la recherche de candidats dans les divers champs COROT possibles, et identifié plusieurs candidats intéressants dont nous espérons la sélection. En outre, nous avons engagé une vaste campagne multi-site (France, Mexique, Chine) multi-technique (spectroscopie haute résolution et photométrie différentielle) pour mieux connaître les variables de cette classe découverte seulement dans les années 1990. Les résultats préliminaires de cette campagne ont été récemment publiés (Mathias et al., 2004, A&A 417, 189) et concernent près de 60 candidats. Pour une dizaine d'objets, nous avons obtenu un nombre de spectres suffisant pour espérer une identification du mode principal de pulsation (le mode principal d'une des étoiles est d'ailleurs en cours d'identification), et pour un objet nous avons suffisamment de spectres pour identifier plusieurs modes. La première étape consiste à mesurer des fréquences dans le spectre d'oscillation des données photométriques et spectroscopiques. Cette dernière amène un certain nombre de questions concernant la mesure des vitesses, et sous-entend l'écriture d'un code de mesure de vitesse sur des profils de corrélations. C'est seulement à partir du spectre des fréquences identifiées que peut débuter l'identification des modes.

Cette identification est fondamentale pour contraindre les modèles de structure interne des étoiles. La première de ces méthode est la reconstruction « simple » du profil observé à partir d'un jeu de paramètre reproduisant le champ de vitesse à la surface de l'étoile. Ce champ de vitesse, par les déplacement Doppler qu'il induit sur la ligne de visée, va perturber le profil intégré sur tout le disque stellaire. Deux autres méthodes, plus puissantes et plus récentes, ont été récemment mises au point: d'une part la méthode des moments, qui reprend le principe des moindre carrés portant sur l'évolution des 4 premiers moments du profil de raie (cadre des rotateurs lents), et d'autre part l'imagerie Doppler qui va « compter » les bumps traversant les profils lors de la rotation de l'étoile (cadre des rotateurs rapides).

Le travail de stage concernera cet aspect d'identification des modes, principalement à partir de la méthode des moments (Aerts, 1996, A&A 314, 115). Le stage sera structuré de la manière suivante, et portera sur une ou plusieurs étoiles dépendant de la difficulté de chacune (complexité du spectre d'oscillation, rotateurs trop rapides...):

• Février-Mars: Familiarisation avec le sujet (astérosismologie, étoiles g Doradus, méthode des moments...). Familiarisation avec les méthodes d'identification des modes à partir de spectres artificiels bruités (les codes existent déjà, et sont écrits en FORTRAN).

• Avril-Mai: Recherche des fréquences dans les variations de profils et dans les vitesse corrélées. Puis application de la méthode des moments aux spectres réels.

• Juin: synthèse sur les étoiles qui auront été faites en terme de pouvoir de détection des modes excites, stabilité de ces derniers (les données couvrent 2 ans), influence des paramètres perturbateurs, en premier lieu la rotation.

Nature du travail confié au stagiaire (Théorie, programmation, réduction de données, etc...)

Le travail demandé concerne essentiellement le traitement de données, dans un environnement Linux/Fortran. La plupart des codes existent déjà, il ne reste la plupart du temps qu'à les adapter.

Conditions particulières de travail: aucune

Lieu de travail: OCA (Nice), Maisons jumelles

Horaires habituels: indifférents

Rémunération éventuelle: sans...

Prolongation en doctorat possible? Oui. Cette étude, qui vise donc à une meilleure connaissance de ces étoiles, se place dans le contexte plus large de la mission COROT (lancement en Juin 2006) pour laquelle nous sommes associés au niveau des programmes additionnels. Cette étude recoupe aussi la préparation à la mission GAIA. Ces aspects, centrés à l'OCA pour ces étoiles, se fait également à travers une large collaboration internationale, sous-entendant des séjours dans différents instituts...