Caractériser le champ magnétique et l'activité des étoiles jeunes avec SPIRou

Autor: Finociety, Benjamin
Přispěvatelé: Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paul Sabatier - Toulouse III, Jean-Francois Donati
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Astrophysique stellaire et solaire [astro-ph.SR]. Université Paul Sabatier-Toulouse III, 2022. Français. ⟨NNT : 2022TOU30233⟩
Popis: Low-mass pre-main-squence (PMS) stars, aged of a few millions years are called T Tauri stars (TTSs). They often show a strong magnetic activity generating photometric and velo- cimetric (radial velocity / RV) fluctuations that reduce our chance to detect young planets, necessary to constrain theoretical models of stellar and planetary evolution. The magnetic field responsible for this activity originates from dynamo processes at work in the outer layers of the star. Through the Zeeman effect (proportional to the square of the wavelength), this field induces distortions in the stellar spectral lines and specific signatures in polarized light. The infrared domain therefore provides a better sensitivity than the optical used most of the time to characterize stellar magnetic fields and to understand the underlying dynamo processes. During this PhD, we studied the magnetic topology and activity of two weak-line T Tauri stars (V410 Tau and LkCa 4), i.e. two TTSs for which most of their accretion disk has already dissipated, based on data collected with the infrared spectropolarimeter SPIRou and the space probe TESS. Zeeman-Doppler Imaging (ZDI) allows us to reconstruct the brightness map (i.e. the distribution of spots) and the large-scale magnetic field at the surface of both stars, by inverting the spectral line profiles in unpolarized and circularly polarized light. Our reconstructions show that the large-scale magnetic field is strong, going from ∼400 to ∼1.9 kG, for V410 Tau and LkCa 4, respectively. Although both stars are fully convective, they exhibit a strong toroidal field unlike most of the PMS and MS stars having a similar internal structure, for which the field is mostly poloidal. Our results illustrate that infrared observations are less sensitive to the contrast between the spots and the quiet photosphere as we find spot coverages more than twice smaller than those reported in the optical for the same stars. However, the stellar activity has an impact on the RV measurements. We thus filtered the activity jitter by (i) using a model based on our ZDI reconstruction and (ii) applying Gaussian process regression to our raw RVs. The filtered RVs obtained from these models suggest that there is no close-in massive planet orbiting these two stars, in agreement with previous studies. Thanks to ZDI, we estimate that the surface differential rotation of V410 Tau et LkCa 4 is 7 to 10 times weaker than that of the Sun. In addition, TTSs also show an intrinsic variability that cannot be due to the differential rotation and that cannot be modeled with ZDI. We therefore developed a new method, named Time-dependent Imaging of Magnetic Stars (TIMeS), based on sparse approximations and Gaussian processes to reconstruct the magnetic topology of TTSs and model its temporal evolution from the Zeeman signatures time series of circularly polarized profiles. Collecting more observations with SPIRou and applying TIMeS to actual data will offer the opportunity to better characterize the magnetic field (and the existence of potential cycles) of TTSs in the next few years. In addition, it is possible to extend our new imaging method to the reconstruction of the brightness distribution at the surface of such stars in order to improve the modelling of stellar activity (and its filtering from RV curves) using a model which is both physical and flexible.; Les étoiles de faible masse de la pré-séquence principale (PSP), âgées de quelques millions d'années et appelées étoiles T Tauri (TTS), présentent souvent une activité magnétique intense induisant des fluctuations photométriques et en vitesses radiales (VR) réduisant nos chances de détection de jeunes planètes nécessaires pour contraindre les modèles d'évolution stellaire et planétaire. Le champ magnétique stellaire responsable de cette activité trouve son origine dans les processus de dynamo œuvrants dans les couches convectives externes de l'étoile. La présence de ce champ induit, au travers de l'effet Zeeman (proportionnel au carré de la longueur d'onde), des distorsions dans les raies spectrales de l'étoile observée ainsi que certaines signatures spécifiques en lumière polarisée. L'infrarouge (IR) proche permet donc une meilleure sensibilité que le domaine visible utilisé la plupart du temps pour caractériser les champs magnétiques stellaires et comprendre les mécanismes de dynamo sous-jacents. Au cours de cette thèse, nous avons étudié la topologie magnétique et l'activité de deux étoiles T Tauri à faibles raies d'émission (V410 Tau et LkCa 4), i.e. étoiles TTS dont la majeure partie du disque d'accrétion s'est dissipée, en utilisant des données collectées avec le spectropolarimètre infrarouge SPIRou et le télescope spatial TESS. En inversant les distorsions des profils en lumière non-polarisée et les signatures Zeeman en polarisation circulaire, l'imagerie Zeeman-Doppler (ZDI) nous a permis de reconstruire la distribution des taches et le champ magnétique à grande échelle à la surface de ces étoiles. Nos reconstructions montrent que ce champ est intense, allant de ∼400 G à ∼1.9 kG, pour V410 Tau et LkCa 4, respectivement. Bien qu'entièrement convectives, ces deux étoiles présentent notamment un fort champ toroïdal contrairement à la plupart des étoiles PSP et SP de structure similaire, pour lesquelles le champ est majoritairement poloïdal. Nos résultats illustrent que les observations IR sont moins sensibles au contraste entre les taches et la photosphère calme, puisque l'on retrouve des couvertures en taches plus de deux fois inférieures à celles observées dans le domaine visible pour ces mêmes étoiles. L'activité stellaire perturbe néanmoins les mesures de VR. Nous avons alors filtré son impact en (i) utilisant un modèle basé sur les cartes reconstruites avec ZDI et (ii) en appliquant une régression par processus Gaussiens aux VR brutes. Les VR filtrées obtenues avec ces méthodes suggèrent qu'aucune planète massive n'orbite à proximité immédiate de ces étoiles, en accord avec les études précédentes. À l'aide de ZDI, on estime par ailleurs que la rotation différentielle à la surface de V410 Tau et LkCa 4 est 7 à 10 fois plus faible que celle du Soleil. Toutefois, les étoiles TTS montrent souvent une variabilité intrinsèque ne pouvant être due à la rotation différentielle et qu'il est impossible de modéliser avec ZDI. Nous avons donc développé une méthode novatrice, baptisée TIMeS (Time-dependent Imaging of Magnetic Stars), basée sur les approximations parcimonieuses et les processus Gaussiens afin de reconstruire la topologie magnétique des étoiles TTS et de modéliser son évolution temporelle, à partir d'une série temporelle de signatures Zeeman en polarisation circulaire. Les futures données SPIRou et l'application de la méthode TIMeS à des données réelles offriront l'opportunité de mieux caractériser le champ magnétique (et sa variation temporelle) des étoiles TTS ou post-TTS dans les prochaines années. Il est, de plus, envisageable d'étendre cette nouvelle technique d'imagerie à la reconstruction de la distribution de brillance à la surface de telles étoiles afin d'améliorer la modélisation de l'activité stellaire (et le filtrage des VR), en utilisant un modèle à la fois physique et flexible.
Databáze: OpenAIRE
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