Astrophysique

Formation des étoiles et formation des disques protostellaires

Mon travail de doctorat était consacré à la formation des étoiles, et plus spécifiquement à la formation des disques protostellaires, ces disques de matière qui se forment autour des étoiles en formation. La compréhension des mécanismes de formation de ces disques est fondamentale, car c'est à partir de ces derniers que se forment ensuite les planètes, comme la Terre. En particulier, j'ai étudié par la simulation numérique, par une approche analytique ainsi que par des comparaisons aux observation l'impact du champ magnétique et de la turbulence dans les processus de formation des disques protostellaires.

La première partie de ces travaux de recherche démontrait comment il est possible de former des disques protostellaires en présence d'un champ magnétique intense (qui s'oppose a priori à la formation du disque) en basculant l'axe de rotation de la proto-étoile par rapport à l'axe d'orientation du champ magnétique. Dans la seconde partie, nous avons montré d'une part comment la turbulence peut naturellement produire un basculement de l'axe de rotation des proto-étoiles, favorisant la formation des disques, et d'autre part comment elle permet de dissiper le champ magnétique, reduisant ainsi l'impact de ce dernier sur la formation des disques.

Transport de moment cinétique dans les disques protoplanétaires

Nous avons utilisé le code de simulation numérique que j'ai développé lorsque j'étais au CEA pour étudier les processus de transport de moment cinétique dans les disques protoplanétaires (dans lesquels se forment les planètes). La question du transport de moment cinétique est centrale dans l'étude des disques d'accrétion (ces disques en rotation autour d'un objet central qui accrète la matière issue du disque) en astrophysique : en effet, pour que l'objet central (telle qu'une étoile) puisse accréter la matière du disque, il faut un processus pour que le moment cinétique (associé à la rotation de la matière dans le disque) se dissipe. La viscosité de la matière dans les disques n'est pas suffisante, il faudrait attendre des temps cosmologiques (de l'ordre de l'âge de l'Univers) pour que la matière s'accrète ! Or 90% de la masse d'une étoile en formation provient de son disque, et les étoiles ne mettent pas des milliards d'années à se former.

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L'un des mécanismes possibles pour transporter efficacement le moment cinétique est l'instabilité magnéto-rotationnelle, qui est une instabilité magnétohydrodynamique qui peut apparaître en présence d'un champ magnétique faible et dans un disque en rotation différentielle. Le problème étant que notre connaissance du processus semble indiquer que son efficacité diminue avec la viscosité et la résistivité. Il est fondamental de tester le processus avec des viscosité et résistivité très faibles pour se rapprocher des conditions réelles dans les disques. Nous avons ainsi réalisé la simulation numérique de ce type avec la plus haute résolution jamais atteinte, ce qui nous a permis de montrer que l'efficacité de l'instabilité magnéto-rotationnelle tendait à rester stable au-delà d'un certain seuil, ce qui pourrait garantir son efficacité dans des conditions réelles.

Composition chimique de l'atmosphère des étoiles

J'ai réalisé une étude afin de mieux comprendre la composition chimique d'étoiles Ap (des étoiles à la composition chimique particulière, qui présentent par exemple des surabondances de terres rares) en étudiant le spectre d'une descendante probable d'étoile Ap, EK Eridani. Une meilleure compréhension de la composition chimique de ces étoiles permettrait de mieux saisir les processus physiques ayant lieu au sein de ces étoiles ou dans leur atmosphère.

Au cours de cette expérience, j'ai également participé à une campagne d'observations à l'Observatorio del Roque de los Muchachos, aux Canaries, sur le télescope Mercator.

Évolution des étoiles massives

J'ai étudié — par la simulation numérique — l'évolution d'étoiles super-AGB (des étoiles massives, d'une dizaine de masses solaires), en tenant compte de processus physiques de mélanges qui peuvent se produire en leur cœur. Ces processus peuvent avoir un impact sur la composition de leur noyau, ce qui peut avoir un impact sur la fin de vie de ces étoiles et, pour les plus massives qui exploseront en supernovæ, sur la composition chimique du milieu interstellaire.