COSMIC-DANCE : Un recensement complet des régions de formation stellaire proches

Abstract

Comprendre comment se forment les étoiles est l’une des questions fondamentales auxquelles l’astronomie entend répondre. Malheureusement, nous ne pouvons pas étudier la formation stellaire en temps réel et différentes méthodes indirectes doivent être utilisées pour faire la lumière sur ce sujet. L’objectif principal de cette thèse est de déterminer la fonction de masse initiale, la distribution de masse des étoiles à leur naissance, dans différentes associations et régions de formation d’étoiles. La fonction de masse est le produit direct de la formation stellaire et constitue donc un paramètre d’observation fondamental pour contraindre les théories de formation stellaire et sous-estellaire. Nous nous sommes concentrés sur l’amas ouvert de 30 Ma IC 4665 et la région de formation d’étoiles de 1 - 10 Ma de Upper Scorpius (USC) et r Ophiuchi (r Oph). Nous avons combiné l’astrométrie et la photométrie de Gaia Data Release 2 avec nos observations au sol pour préparer un catalogue profond et étendu de chaque région. Ensuite, nous avons calculé les probabilités d’appartenance en utilisanttoute l’astrométrie et la photométrie disponibles et identifié les membres à haute probabilité. Nous avons utilisé la liste finale des membres pour estimer la distribution de magnitude, et les fonctions de luminosité et masse de ces associations. Alors que la première a l’avantage d’être indépendante des modèles d’évolution, tandis que les fonctions de luminosité et de masse peuvent être utilisées pour contraindre les mécanismes de formation d’étoiles. L’étude d’IC 4556 nous a permis d’identifier des objets sous-stellaires, sans pour autant pouvoir fournir un recensement complet dans ce domaine de masse. Dans USC et r Oph, nous avons identifié une population très riche d’objets sous-stellaires, significativement plus nombreux que les prédictions des modèles de formation par effondrement de coeurs moléculaires, suggérant que la formation de naines brunes et d’objets de masses planétaires isolés par des phénomènes d’éjection dans des systèmes planétaires a une contribution importante et du même ordre que l’effondrement des coeurs moléculaires à la population finale d’objets dans un amas. L’âge est un paramètre fondamental pour étudier la formation et l’évolution des étoiles pour plusieurs raisons: premièrement puisqu’il établit une échelle de temps sur laquelle placer les observations. Deuxièmement car il est essentiel pour convertir les luminosités en masses, avec l’aide de modèles d’évolution stellaire. Les incertitudes sur l’age de USC et r Oph se traduisant en erreurs importantes dans notre estimation de la fonction de masse, j’ai développé une stratégie d’étude de "l’âge dynamique" au moyen d’une analyse orbitale de traçage des mouvements des membres d’associations jeunes. J’ai ainsi mis au point une stratégie incluant i) les observations et la recherche de données dans les archives publiques, ii) la réduction et l’analyse des spectres échelles obtenus; iii) et l’analyse dynamique, pour déterminer l’âge d’une association. La méthodologie, développée avec l’association b Pictoris (b Pic), est prête à être appliquée à d’autres régions et en particulier à USC et r Oph. Les membres que nous avons identifiés sont par ailleurs d’excellentes cibles pour des études complémentaires telles que la recherche de disques (produit également fondamental de la formation stellaire), d’exoplanètes, de système multiples, mais aussi pour la caractérisation des atmosphères et propriétés physiques des naines brunes et des planètes errantes. [...]