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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-20-0587

DOMAINE DE RECHERCHE
Astrophysique / Physique corpusculaire et cosmos
INTITULÉ DU SUJET Français English

Formation, évolution et impact des couples stellaires

RÉSUMÉ DU SUJET

Les couples stellaires sont légion dans notre Galaxie: plus de 70% des étoiles massives vivent en couple au cours de leur vie stellaire. Cette thèse a pour but d'étudier comment se forment ces binaires, comment elles évoluent, et quel est leur impact sur leur environnement.

Les étoiles massives vivent en couple...

Plusieurs révolutions se sont produites ces dernières années dans le domaine stellaire. La première est la réalisation que la plupart (plus de 70%) des étoiles massives vivent au sein d’un couple stellaire (Sana et al. 2012). Cette binarité a des conséquences majeures sur l'évolution des étoiles, fortement influencée par la présence d’un « compagnon », en particulier via le transfert de matière et de moment cinétique (Chaty 2013). Le destin de ces couples stellaires est déterminé par l’évolution de chaque composante, l’étoile la plus massive s’effondrant en premier lors de l’explosion de supernova, donnant naissance à une étoile à neutron ou à un trou noir (Tauris et al. 2017). C’est ainsi que naît un couple stellaire accrétant, formé d’un astre compact en orbite autour de son compagnon, parmi les astres les plus fascinants de l’Univers. L’étoile compagnon, massive, se caractérise par une éjection de vent plus ou moins conséquente en fonction de sa métallicité, et l'astre compact, baignant dans ce vent, attire une partie de cette matière, qui, accrétée, s'accumule à la surface, chauffée à des températures de plusieurs millions de degrés, émettant principalement dans le domaine des rayons X. Ces astres donnent régulièrement lieu à des variations extrêmes de luminosité, de plusieurs ordres de grandeur sur l’ensemble du spectre électromagnétique, sur des échelles de temps allant de la seconde au mois.

...jusqu’à fusionner...

La deuxième révolution est la détection, par les interféromètres de la collaboration LIGO/Virgo, d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux trous noirs (première détection en septembre 2015) puis de deux étoiles à neutron (août 2017). Cette fusion intervient à la fin de la vie de certains couples stellaires, dépendant de leur masse, de leur séparation orbitale, et de plusieurs autres paramètres en jeu lors de leur évolution. La fusion d’étoiles à neutron s’accompagne d’une émission d’ondes électromagnétiques, nommée kilonova, et des observations spectroscopiques ont prouvé que des atomes lourds étaient créés lors de cet événement, via le « processus rapide » de nucléosynthèse (r-process).

...avec un impact sur leur environnement!

Il est aujourd’hui établi que l’effondrement d’étoiles massives en supernova joue un rôle clé dans l'enrichissement du milieu interstellaire -depuis les atomes lourds jusqu’aux molécules complexes-, ainsi que dans le déclenchement de la formation de nouvelles étoiles. Par contre, l’impact du vent de ces étoiles massives sur leur environnement, tout au long de leur vie, a été longtemps négligé. Or cette matière éjectée se disperse dans le milieu environnant, jusqu’à entrer en collision avec un milieu interstellaire dense, potentiellement à l’origine du déclenchement de nouvelles formations d’étoiles, comme suggéré par des observations du satellite Herschel (Chaty et al. 2012). Enfin, les observations récentes de r-process concomitant à la détection d’une kilonova montrent que la fusion de deux étoiles à neutron est un élément important (voire même majoritaire) de nucléosynthèse dans la Galaxie.

Cette thèse, couvrant divers domaines de l’astrophysique, propose d'étudier comment se forment ces formidables couples d’étoiles massives, dont le rôle est primordial au sein du cycle de la matière, comment ils évoluent, et quel est leur impact sur leur environnement, en se basant sur des observations multi-longueur d’onde (ESO, Gaia…).

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

M2 Astronomie et Astrophysique

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Direction d’Astrophysique
Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie
Centre : Saclay
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2020
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

Sylvain CHATY  

Université de Paris et Institut Universitaire de France
LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie
Departement d’Astrophysique

Téléphone : +33 1 57 27 53 04

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Paris-Diderot (Paris 7)
Science de la Terre et de l’Environnement et Physique de l’Univers Paris (STEPUP)
DIRECTEUR DE THÈSE

Sylvain CHATY

Université de Paris et Institut Universitaire de France
LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie
Departement d’Astrophysique