GEPI

De la conception instrumentale
à l’exploitation des observables

Thèmes de recherche

PHYSIQUE GALACTIQUE

Reconstituer la formation et l’évolution de la Voie lactée par l’étude de ses populations stellaires

La connaissance de toutes les composantes galactiques, du halo au(x) disque(s) et au bulbe, est en train de connaître une profonde révolution grâce à l’arrivée des données de Gaia, la mission astrométrique européenne, et des relevés spectroscopiques complémentaires tels que APOGEE, GES, GALAH, RAVE, et, dans un futur proche, WEAVE, 4MOST, MOONS. En particulier, le deuxième catalogue Gaia, publié en 2018, a fourni la solution astrométrique pour la plus grande partie du ciel, ainsi que les vitesses radiales de plus de 7 millions d’étoiles. Nous sommes maintenant capables de reconstruire les orbites de plusieurs millions d’étoiles dans la Galaxie, d’avoir des abondances chimiques détaillées pour quelques centaines de milliers et des âges pour plusieurs milliers, et d’utiliser cet ensemble unique de données pour construire une cartographie sans précédent de notre Galaxie, des courants stellaires les plus fins à la structure à grande échelle du halo stellaire.

Notre équipe apporte des contributions fondamentales à ce domaine de recherche sous de nombreux aspects :
d’une part, en caractérisant les relations entre les âges, les abondances chimiques et la cinématique des étoiles dans les différentes structures galactiques (bulbe, disques, halo stellaire) et, d’autre part, en développant des modèles qui peuvent expliquer l’existence de ces relations et aider à comprendre ce qu’elles révèlent sur la formation et l’évolution de ces composants. Ces travaux nous conduisent à revoir l’association des différentes structures galactiques avec des populations stellaires spécifiques : le halo stellaire n’est pas seulement formé par les étoiles les plus anciennes de la Galaxie, mais il est également constitué d’étoiles du disque galactique "chauffées cinématiquement" au fil du temps ; le bulbe est principalement constitué d’étoiles ayant des propriétés typiques des étoiles à disque, mais dont la morphologie, la cinématique et la distribution des abondances chimiques sont typiques des galaxies ayant une barre centrale et un bulbe en forme de boîte ou de cacahuète ; les étoiles les plus pauvres en métal de notre Galaxie, qui jusqu’à récemment n’étaient recherchées que dans le halo de la Voie lactée, sont également partiellement confinées dans le disque, et semblent présenter une continuité des propriétés chimiques et cinématiques avec le disque "canonique".

Notre implication et notre engagement dans Gaia, et dans des études spectroscopiques complémentaires telles que GES, WEAVE et MOONS, nous donnent l’opportunité d’avoir une connaissance approfondie des données que ces missions fournissent ou fourniront dans un futur proche.
Notre expertise en modélisation dynamique et chimique nous permet de proposer de nouveaux scénarios pour l’évolution de la Voie lactée, en quantifiant le rôle que les processus séculaires, ainsi que les satellites, l’accrétion de gaz et la formation in situ d’étoiles, ont joué dans la formation de notre Galaxie au fil du temps.

Cartographie des bras spiraux et des résonances de la barre de la Voie lactée avec la Gaia Data Release 2

Grâce à l’énorme quantité de données qui ont été mises à la disposition de la communauté ces dernières années, et à leur extraordinaire qualité, nous découvrons une nouvelle Galaxie d’une certaine manière : les liens entre les différentes composantes principales de la Galaxie, insoupçonnés jusqu’à il y a quelques années, deviennent maintenant évidents et nous révèlent que toutes les régions de la Galaxie, des quelques kpc centraux jusqu’au disque externe, du bulbe au halo, sont en effet connectées.

Pour en savoir plus : (1) Gaia Data Release 2. Mapping the Milky Way disc kinematics ; (2) In Disguise or Out of Reach : First Clues about In Situ and Accreted Stars in the Stellar Halo of the Milky Way from Gaia DR2 ; (3) The Milky Way has no in-situ halo other than the heated thick disc. Composition of the stellar halo and age-dating the last significant merger with Gaia DR2 and APOGEE ; (4) Reviving old controversies : is the early Galaxy flat or round ? Investigations into the early phases of the Milky Way’s formation through stellar kinematics and chemical abundances ; (5) High-speed stars : Galactic hitchhikers ; (6)Disk origin of the Milky Way bulge : the necessity of the thick disk ; (7) Revisiting long-standing puzzles of the Milky Way : the Sun and its vicinity as typical outer disk chemical evolution ; (8) The echo of the bar buckling : Phase-space spirals in Gaia Data Release 2 ; (9) Hic sunt dracones : Cartography of the Milky Way spiral arms and bar resonances with Gaia Data Release ; (10) TOPoS. V. Abundance ratios in a sample of very metal-poor turn-off stars

PHYSIQUE STELLAIRE

Etoiles binaires

L’évolution stellaire, et par conséquence la structure galactique, sont très dépendants de la multiplicité stellaire. Notre équipe est fortement impliquée depuis Hipparcos dans l’étude observationnelle des étoiles binaires : depuis la fabrication d’une partie de l’annexe des étoiles multiples d’Hipparcos, puis son exploitation scientifique : détermination des masses et luminosités de SB2 ; d’une binaire TTL ; confirmation du désert de naines brunes avec Hipparcos ; détermination d’orbites pour les statistiques de binarité) des étoiles de type solaire. 
"Binaire" s’entend au sens large, jusqu’aux exoplanètes : plus ancienne détection du transit de HD 209458 ; mais également la preuve qu’Hipparcos ne pouvait déterminer leurs inclinaisons orbitales.
Grâce au satellite Gaia, cette étude se poursuit. Tout d’abord, concernant la simulation de ces objets et un programme à long terme visant à la détermination de masses de SB2. 
Sans même attendre Gaia DR3, la combinaison d’Hipparcos et de Gaia DR2 a permis d’obtenir la masse de l’exoplanète Proxima c, et la multiplicité de Céphéïdes et RR Lyrae.

Pour en savoir plus : (1) Screening the Hipparcos-based astrometric orbits of sub-stellar objects ; (2) Simulating multiple stars in preparation for Gaia ; (3) Stellar and substellar companions of nearby stars from Gaia DR2. Binarity from proper motion anomaly ; (4) Orbital inclination and mass of the exoplanet candidate Proxima c

Effets de la rotation stellaire


La rotation stellaire, si elle est rapide, crée un déséquilibre thermique dans l’étoile. Il en résulte des mouvements à grande échelle, la circulation méridienne, ainsi qu’une déformation géométrique de l’étoile provoquant une gravité de surface dépendant de la latitude et une distribution non-uniforme de la température. De l’étude des spectres stellaires, on ne peut obtenir que des paramètres fondamentaux dits ‘apparents’ qu’il faut corriger des effets cités en utilisant des modèles et des codes appropriés. On en déduit alors les ‘vrais’ paramètres stellaires dont la masse, la luminosité, le rayon équatorial, le Vsini.


Zoom sur