Révéler l'intérieur des étoiles chaudes magnétiques grâce à l'astérosismologie plato et à la spectropolarimétrie // unveiling the interiors of magnetic hot stars with plato asteroseismology and spectropolarimetry

Topic description

Les étoiles chaudes jouent un rôle fondamental dans l'évolution de l'Univers. Véritables moteurs cosmiques, elles dominent l'écologie galactique par leur production intense de rayonnement et par l'éjection de matière vers le milieu interstellaire, non seulement lors de leur explosion en supernovae, mais tout au long de leur vie. Ces processus ont des conséquences majeures sur la formation et l'évolution des galaxies. Les étoiles chaudes présentent en outre une variabilité marquée sur une large gamme d'échelles de temps, résultant de phénomènes complexes tels que la perte de masse, la rotation rapide, les pulsations, le magnétisme, la binarité, les instabilités radiatives et l'interaction avec leur environnement circumstellaire.
Les pulsations observées à la surface des étoiles constituent un outil unique pour sonder leur structure interne grâce à l'astérosismologie. Au cours des vingt dernières années, cette discipline a profondément renouvelé notre compréhension de l'intérieur stellaire, notamment grâce aux missions spatiales CoRoT et Kepler. Toutefois, seules quelques étoiles chaudes pulsantes de type OBA, et une seule étoile chaude pulsante magnétique, ont pu être étudiées avec ces instruments. Depuis sept ans, la mission TESS observe un grand nombre d'étoiles chaudes brillantes sur l'ensemble du ciel. Ces observations, combinées à des données obtenues depuis le sol (spectroscopie et spectropolarimétrie), ont permis d'identifier de nombreuses étoiles chaudes à la fois pulsantes et magnétiques, dont plusieurs se situent dans les champs de vue de la future mission d'astérosismologie PLATO.
Les données photométriques de TESS permettent de sélectionner des candidates magnétiques grâce à la modulation rotationnelle induite dans les courbes de lumière par un champ magnétique dipolaire. Un vaste programme d'observations spectropolarimétriques est actuellement mené afin de confirmer la présence de ces champs, d'en mesurer l'intensité et d'en déterminer la géométrie. À ce jour, une centaine d'étoiles chaudes ont été observées à l'aide des instruments ESPaDOnS (CFHT, Hawaï), Narval (TBL, France) et HarpsPol (ESO, Chili), incluant des étoiles situées dans les champs PLATO. Notre équipe est reconnue internationalement comme leader dans l'étude du magnétisme des étoiles chaudes, ce qui se traduit par un excellent taux de succès dans l'obtention de temps d'observation.
La mission PLATO, dont le lancement est prévu en janvier, fournira des données photométriques d'une précision sans précédent, avec des observations continues sur deux ans par champ. Au sein du consortium PLATO, Coralie Neiner est responsable de l'ensemble des étoiles non solaires magnétiques ou présentant une modulation rotationnelle. Cela garantit un accès privilégié aux données, y compris aux données « Early Science », réservées au consortium et disponibles dès .
L'automne constitue une période idéale pour le démarrage de cette thèse, afin de poursuivre l'acquisition et l'analyse des données spectropolarimétriques avant l'arrivée des données PLATO. La thèse portera dans un premier temps sur l'analyse et la modélisation spectropolarimétriques afin de caractériser les champs magnétiques des étoiles cibles. À partir de mi-, elle s'orientera vers l'analyse des premières données sismiques PLATO et la modélisation magnéto-sismique correspondante. Des outils ont déjà été développés au sein de l'équipe pour ces analyses, mais devront être adaptés aux spécificités des données PLATO. Ce travail permettra de contraindre la structure interne des étoiles chaudes magnétiques, notamment leur profil de rotation interne, la taille de leur cœur convectif et les processus de mélange. Il apportera ainsi des éléments clés pour comprendre l'impact du champ magnétique sur l'évolution des étoiles chaudes et pour améliorer les modèles d'évolution stellaire.
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Hot stars play a fundamental role in the evolution of the Universe. As true cosmic engines, they dominate galactic ecology through their intense radiation output and the ejection of matter into the interstellar medium, not only during supernova explosions but throughout their entire lifetimes. These processes have major consequences for galaxy formation and evolution. Hot stars also exhibit strong variability over a wide range of timescales, resulting from complex phenomena such as mass loss, rapid rotation, pulsations, magnetism, binarity, radiative instabilities, and interactions with their circumstellar environment.

Stellar pulsations observed at the surface of stars provide a unique means of probing their internal structure through a technique known as asteroseismology. Over the past twenty years, asteroseismology has dramatically improved our understanding of stellar interiors, in particular thanks to space missions such as CoRoT and Kepler. However, only a small number of pulsating hot stars of spectral types OBA, and only one magnetic pulsating hot star, could be studied with these instruments. Over the past seven years, the TESS mission has observed a large number of bright hot stars across the entire sky. These observations, combined with complementary ground-based data (spectroscopy and spectropolarimetry), have enabled the identification of many hot stars that are both pulsating and magnetic, several of which are located in the fields of view of the upcoming asteroseismology mission PLATO.

TESS photometric data allow the selection of magnetic candidates through the rotational modulation induced in the light curves by a dipolar magnetic field. A large spectropolarimetric observing programme is currently underway to confirm the presence of these magnetic fields, measure their strength, and determine their geometric configuration. To date, around one hundred hot stars have been observed using the instruments ESPaDOnS (CFHT, Hawaii), Narval (TBL, France), and HarpsPol (ESO, Chile), including stars located in PLATO fields. Our team is internationally recognised as a leader in the study of magnetism in hot stars, which results in a very high success rate in obtaining spectropolarimetric observing time.

The PLATO mission, scheduled for launch in January, will provide photometric data of unprecedented precision, with continuous observations over two years per field. Within the PLATO consortium, Coralie Neiner is responsible for all non-solar magnetic stars and stars showing rotational modulation observed by PLATO. This guarantees privileged access to the data, including “Early Science” data reserved for consortium members and available as soon as .

Autumn is an ideal time to start this PhD project, allowing continued acquisition and analysis of spectropolarimetric data prior to the arrival of PLATO observations. The PhD will initially focus on the analysis and modelling of spectropolarimetric data to characterise the magnetic fields of the target stars. From mid- onwards, the project will shift towards the analysis of the first PLATO seismic data and corresponding magneto-seismic modelling. Analysis tools have already been developed within the team for this purpose, but will need to be adapted to the specific characteristics of PLATO data. This work will make it possible to constrain the internal structure of magnetic hot stars, in particular their internal rotation profile, the size of their convective core, and the various mixing processes at play. It will thus provide key insights into the role of magnetic fields in the internal structure and evolution of hot stars and will feed directly into stellar evolution models.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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