Étude de l'interaction convection-pulsations et application aux Céphéides - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Study of the convection-pulsation coupling and application to Cepheid variable stars

Étude de l'interaction convection-pulsations et application aux Céphéides

Thomas Gastine

Résumé

Cepheid variables are pulsating giant stars that oscillate on radial acoustic modes. Their oscillations are sustained by a mechanism linked to the opacity in ionisation regions, the kappa-mechanism. This instability leads to the so-called 'Classical Instability Strip' in the Hertzsprung-Russel diagram. The coldest Cepheids, which are located close to the red edge of this instability strip, have an extended surface convective zone, in which a strong coupling between convection and oscillations may occur. This effect is by now represented by time-dependent convection models that involve many free unconstrained parameters. The purpose of this thesis is precisely to address this convection-pulsation coupling thanks to nonlinear simulations. Firstly, a linear-stability analysis has given us the most appropriate initial conditions to get unstable modes excited by kappa-mechanism. These favourable situations were then used as starting setups of nonlinear direct numerical simulations (DNS) computed thanks to an implicit solver of our own. We have thus performed the first 2-D simulations of the convection-pulsation coupling, in which the oscillations are sustained by kappa-mechanism. We have shown that the convective motions could possibly quench the oscillations. This result confirms the hypothesis that the stabilisation of coldest Cepheids, close to the red edge, is due to their surface convective zone
Le contexte général de cette thèse est l'étude des étoiles géantes variables de type Céphéides, qui subissent des oscillations acoustiques purement radiales. Ces oscillations sont excitées par un mécanisme lié aux propriétés d'absorption du rayonnement par la matière, le kappa-mécanisme, et cette instabilité conduit dans le diagramme Hertzsprung-Russell à la bande d'instabilité des Céphéides. Les Céphéides les plus froides, qui correspondent au bord rouge de cette bande d'instabilité, ont une zone convective de surface importante et un couplage fort s'installe entre la convection et les pulsations. Cet effet est pour l'heure mal maîtrisé puisque la modélisation de la convection dépendante du temps repose sur des paramètres ad hoc. Le but de cette thèse est d'étudier ce couplage convection-pulsations à l'œuvre dans les Céphéides froides. Une analyse de stabilité linéaire nous a tout d'abord permis de déterminer les modèles d'équilibre les plus instables par kappa-mécanisme. Ces modèles ont ensuite servi de point de départ à une série de simulations numériques directes (DNS) calculées grâce à un solveur implicite développé au cours de cette thèse. Nous avons ainsi réalisé les premières simulations 2-D du couplage convection-pulsations où les oscillations acoustiques sont excitées de manière cohérente par kappa-mécanisme. Nous avons alors montré que l'action de la convection sur les oscillations pouvait conduire à leur amortissement, ce qui accrédite l'idée que les Céphéides proches du bord rouge sont stabilisées par la convection de surface.
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Dates et versions

tel-00439968 , version 1 (09-12-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00439968 , version 1

Citer

Thomas Gastine. Étude de l'interaction convection-pulsations et application aux Céphéides. Astrophysique [astro-ph]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00439968⟩
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