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9 juillet 2007
Equipe ETOILES ET SYSTEMES STELLAIRES
Activités de 2004 à 2007
Les recherches menées par l’équipe « Etoiles et systèmes stellaires » recouvrent un
domaine étendu, incluant les étoiles, les milieux interstellaires, la Galaxie et les galaxies
proches. De l’étoile, objet individuel, l’intérêt s’est porté aux groupes d’étoiles, témoin de
l’évolution stellaire mais aussi traceur des grandeurs structures de la Voie Lactée. De là, on est
passé à l’histoire de la formation stellaire et à l’évolution du gaz dans la Galaxie comme dans
les galaxies proches. C’est ainsi qu’a pris corps une large palette thématique, dont les acteurs
interviennent parfois sur des sujets très différents, allant de l’objet individuel aux structures à
grandes échelles.
1. Les étoiles
1.1 Atmosphères stellaires des étoiles chaudes
Dans le cadre de sa thèse sur la modélisation des atmosphères stellaires des étoiles B à
F, Denis Dubaj a constitué un atlas des raies de l'étoile Am HD 72660, dont il a déterminé les
abondances en divers éléments. En collaboration avec Richard Monier (directeur de thèse) et
George Alécian, il a étudié la stratification des atmosphères des étoiles HgMn. Pour cela, il a
utilisé des observations de part et d'autre de la discontinuité de Balmer obtenues avec GECKO
au CFHT. Son étude détaillée de HD 143807 a également permis de compléter les
connaissances sur la composante secondaire de cette étoile HgMn qui est aussi une binaire
spectroscopique.
1.2 Etoiles froides actives en X
Rubens Freire Ferrero a participé à l'observation d'un ensemble d'étoiles tardives
actives en rayons X depuis l’OHP (spectres à haute résolution; 40 nuits au 193 et au 152 en
2004-5), les Canaries (4 nuits au télescope Galileo), et l’observatoire de Catane (suivi
spectroscopique et photométrique au télescope de 91 cm). Ce programme est mené en
collaboration avec Patrick Guillout, Antonio Frasca et Ettore Marilli. Giuseppe Mignemi
(thèse en co-tutelle ULP-Université de Catane, co-directeur R. Freire Ferrero) doit déterminer
les propriétés (Teff, log g et [Fe/H]) des composantes de binaires à deux spectres, alors
qu’Alexis Klutsch (thèse dirigée par R. Freire Ferrero et P. Guillout) exploite les 1.250
spectres OHP obtenus avec Elodie et Aurélie et cherche à déterminer les propriétés des
composantes de systèmes multiples qu'ils ont découverts. Le lien entre l’activité et l’âge des
étoiles ouvre des perspectives sur l’histoire de la formation stellaire dans le milieu galactique
proche.
1.3 Variabilité des étoiles chaudes massives

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Laure Lefèvre (thèse dirigée par Agnès Acker et T. Moffat, co-tutelle ULP-Université
de Montréal) a étudié la variabilité des étoiles Wolf-Rayet. Elle s’est attachée en particulier à
l’interprétation d’observation de WR137, HD 192641 et WR 123, cette dernière observée par
le satellite MOST. Elle a confirmé la grande variabilité des étoiles O-B par l’étude statistique
des observations Hipparcos de ces objets.
2. Nébuleuses associées aux étoiles
2.1 Nébuleuses planétaires
Agnès Acker a collaboré au programme MASH (Macquarie-Strasbourg Halpha-
survey" of PN), qui a permis la découverte de 900 nouvelles nébuleuses planétaires (NP), à
partir du SHS (SuperCosmos H Survey), et de 250 NP additionnelles, toutes confirmées
spectroscopiquement, révélant des NP très étendues en fin d’expansion, et de nouvelles étoiles
centrales pré-naines blanches (d’où apport à la compréhension des stades finaux de
l’évolution stellaire). Grâce à MASH, le nombre de NP connues a pratiquement doublé, ce qui
renforce considérablement cette population traceur chimique et cinématique de la Galaxie, et
en particulier du Bulbe. Le catalogue MASH (coordonnées, images, spectres) a été intégré au
serveur Vizier du CDS.
Agnès Acker (collaboration avec Kris Gesicki) étudie la structure et la cinématique
interne de nébuleuses planétaires par modélisation de profils de raies à très haute résolution.
Joachim Köppen et Agnès Acker (collaboration avec P. Girard) ont montré que les
compositions chimiques des nébuleuses planétaires avec des étoiles centrales de type Wolf-
Rayet ne montrent aucune différence significative avec des nébuleuses autour des étoiles des
autres types. Ainsi les WR-PN ne sont pas une phase évolutive de la nébuleuse. Au sein des
WR-PN, les objets denses et compacts sont associés à des étoiles de type spectral tardif alors
que les objets plus étendus sont autour des étoiles plus chaudes.
Joachim Köppen a entrepris de ré-analyser les spectres de NP publiés afin de
produire des estimations homogènes des abondances.
2.2 Autres nébuleuses autours d’étoiles chaudes
Rubens Freire Ferrero (collaboration avec Fred Bruhweiler) étudie la nébuleuse de la
Rosette et les 6 étoiles chaudes de sa partie centrale. L'observation des 6 étoiles centrales
(HD46150, HD46149, HD46223, HD46202, HD46056, HD46106) a permis de repérer dans
leur spectre UV IUE des absorptions du milieu interstellaire (Si III, SiIV et CIV) définissant la
cavité nébulaire. Des profils P-Cygni apparaissent à cause du vent dans les étoiles O mais
aussi des raies photosphériques (SiIV et CIV dans les spectres IUE).
Il existe une différence d'âge entre les étoiles massives et la nébuleuse : la vitesse
d'expansion donne à celle-ci un âge de l'ordre de 104 à 105 années, tandis que les étoiles O ont
de l'ordre de 2 à 4 106 ans. Ceci suggère que la nébuleuse se serait formée bien plus tard que
les étoiles, alors que l’on s’attendrait à l’inverse. Le même problème apparaît pour les
nébulosités autour de l'étoile HD 148937 (observations UV HST et FUSE). Encore une fois, il
semble avoir une disparité d'âges de la cavité ("IS bubble") et de l'étoile (30.000 ans comparé
à 5 x 106 ans). Il est à noter que l’étoile elle-même apparaît plus vieille que prévu, car
évoluant vers la phase Of/W-R. L’analyse des observations FUSE (extreme UV et UV) du
milieu interstellaire (faible ionisation : CII, SiII, Fe II, etc.) dans la direction de ces étoiles
pourrait éclaircir la question.

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Rubens Freire Ferrero (collaboration avec Fred Bruhweiler) étudie la nébuleuse de la
Rosette et les 6 étoiles chaudes (HD46150, HD46149, HD46223, HD46202, HD46056,
HD46106) de sa partie centrale. L'observation de ces étoiles a permis de repérer dans leur
spectre UV IUE des absorptions interstellaires (Si III, SiIV et CIV) définissant la cavité
nébulaire. Le vent généré par ces étoiles O produit des profils P-Cygni sur des raies UV (SiIV
et CIV dans les spectres IUE) photosphériques.
Il existe une différence d'âge entre les étoiles massives et la nébuleuse : la vitesse
d'expansion donne à celle-ci un âge de l'ordre de 104 à 105 années, tandis que les étoiles O ont
de l'ordre de 2 à 4 106 ans. Ceci suggère que la nébuleuse se serait formée bien plus tard que
les étoiles, alors que l’on s’attendrait à l’inverse. Le même problème apparaît pour les
nébulosités autour de l'étoile HD 148937 (observations UV HST et FUSE). Encore une fois, il
semble avoir une disparité d'âges de la cavité ("IS bubble") et de l'étoile (30.000 ans comparé
à 5 x 106 ans). Il est à noter que l’étoile elle-même apparaît plus vieille que prévu, car
évoluant vers la phase Of/W-R. L’analyse des observations FUSE (extreme UV et UV) du
milieu interstellaire (faible ionisation : CII, SiII, Fe II, etc.) dans la direction de ces étoiles
pourrait éclaircir la question.
3 Etoiles doubles et exoplanètes
3.1 Binaires serrées dans les couples à grande séparation
Jean-Louis Halbwachs (collaboration avec Michel Mayor et Stéphane Udry) exploite
un programme de mesures de vitesses radiales de couples à grandes séparations. Partant des
mesures obtenues avec Coravel pour 267 étoiles, il a déterminé les éléments orbitaux de 51
binaires spectroscopiques. Il a constaté l’absence de dépendance des propriétés statistiques des
binaires serrées vis-à-vis de la présence d’un compagnon éloigné.
3.2 Binaires spectroscopiques du programme « étoiles froides actives en X »
Une trentaine de nouvelles étoiles doubles (binaires spectroscopiques à un seul
spectre) et une dizaine d'étoiles triples (triples spectroscopiques à un seul spectre) ont été
découvertes dans le cadre du travail de thèse d'Alexis Klutsch (co-dirigé par R.Freire Ferrero
et P. Guillout).
3.3 Excentricité des orbites des compagnons stellaires et planétaires
Jean-Louis Halbwachs (collaboration avec Michel Mayor et Stéphane Udry) a comparé
les orbites de compagnons stellaires et planétaires d’étoiles de type solaire. Il a constaté que
les deux groupes avaient des orbites circularisées en-deça de la même période de coupure,
mais que les planètes non affectées par la circularisation avaient des orbites sensiblement
moins excentriques que les compagnons stellaires, y compris ceux de petite masse. Il y voit la
marque de processus de formations différents, menant l’un aux compagnons stellaires et
l’autre aux compagnons planétaires.
3.4 Observations d’étoiles accompagnées de planètes

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Rubens Freire Ferrero et Javier Licandro (IAC) ont observé (3 nuits, août 2004) depuis
les Canaries (TNG) 30 étoiles-hôtes d'exoplanètes, afin d'étudier leurs caractéristiques
stellaires (rotation, métallicité, activité, variabilité).
3.5 Préparation du programme Gaïa
Jean-Louis Halbwachs coordonne (avec Dimitri Pourbaix) l’unité de développement
DU432, consacrée au traitement des binaires astrométriques du programme Gaïa. Au sein
même de cette DU, il prépare le traitement des binaires non résolues avec une composantes
variables (VIM).
4. Milieu interstellaire
4.1 Utilisation des données IUE pour l’étude du milieu interstellaire
Rubens Freire Ferrero et Mme. C. Morales Durán (LAEFF/INTA, Vilspa) étudient sur le
milieu interstellaire proche (haute ionisation; facteur d'extinction R) en utilisant à grande
échelle les données stellaires IUE (base des données INES). Les spectres stellaires UV
comportent en général des signatures IS (raies IS superposées au spectre stellaire).
5. La Galaxie
5.1 Le bras du Sagittaire.
Alain Fresneau (collaboration avec Alan Vaughan et Robert Argyle) a constitué un
catalogue d’un demi-million d’étoiles à partir des mesures d’un millier de plaques
photographiques existant à l'université de MacQuarie en héritage d'observations effectuées à
l'observatoire de Sydney durant l'entreprise de la Carte du Ciel au début du XXème siècle.
Des observations photographiques de 1892 dans la direction du LMC comparées à des
observations récentes permettent bien de vérifier la possibilité de détecter des étoiles proches
par leur mouvement relatif (le LMC est utilisé comme référence).
Les mouvements propres des étoiles sélectionnées le long du 4ème quadrant galactique
ont permis de mettre en évidence l’onde de densité associée au bras du Sagittaire. La densité
de surface en excès dans le bras de largeur 300 pc est estimée à 10 masses solaires par pc2.
Les composantes en longitude et latitude galactique du mouvement propre permettent de
détecter le disque mince extrême d'épaisseur 25 pc et de séparer l'influence de l'onde de
densité du phénomène de rencontre avec les nuages moléculaires proches.
La précision de 5 km/s obtenue sur les vitesses transverses jusqu'à la distance de 500 pc
du Soleil permet d'approfondir notre connaissance des groupes stellaires dynamiques
confirmés par les observations d'Hipparcos et de rechercher la signature éventuelle de la barre
de notre Galaxie.
5.2 Analyse chimique

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Agnès Acker et Joachim Köppen (collaboration avec Quentin Parker) étudient la
composition chimique des nouvelles NP découvertes grâce au relevé SHS.
Agnès Acker, Joachim Köppen, Alan Peyaud et Brent Miszalski (thèses dirigée par
Agnès Acker en co-tutelle, collaboration avec Quentin Parker) ont déterminé le gradient
chimique du disque galactique. Ils se concentrent maintenant sur les propriétés chimiques du
bulbe (en collaboration avec Rodrigo Ibata).
Joachim Köppen (collaboration avec E. B. Amores) cherche maintenant à affiner les
estimations de distances des NP en utilisant l’extinction interstellaire.
6. Formation et évolution des galaxies
6.1 Nébuleuses planétaires
Agnès Acker (collaboration avec George Jacoby) a abordé l’étude des nébuleuses
planétaires extragalactiques.
6.2 Impact des nuages intergalactiques à grande vitesse
Joachim Köppen (collaboration avec G. Hensler) a étudié l’évolution chimique des
galaxies soumises à des collisions avec des nuages intergalactiques à grande vitesse (High
Velocity Clouds, ou HVC). Une accrétion rapide d’une masse de gaz pauvre en métaux
produit des effets observables dans la composition chimique, surtout dans les galaxies à faible
masse. Nous avons montré qu’une collision avec un HVC typique peut bien produire une
dispersion dans le rapport N/O suffisamment forte pour expliquer des dispersions
effectivement observés dans le diagramme N/O versus O/H. Néanmoins, il apparaît que ce
diagramme dépend surtout des détails de la nucléosynthèse de l’azote.
6.3 Dépouillement dynamique du gaz des galaxies
Une galaxie passant au centre d’un amas est perturbée dynamiquement au point de
perdre la fraction gazeuse de son disque. Joachim Köppen (collaboration avec P. Jáchyn et J.
Palouš) reproduit par simulation SPH l’évolution du gaz sous l’effet de ces perturbations. Il
évalue la part de gaz qui est temporairement soustraite au disque mais qui lui reste
gravitationnellement liée, et la part qui est véritablement arrachée.
Une fois qu’une galaxie a été dépouillée de son gaz, Joachim Köppen (collaboration
avec G. Hensler et E. Roediger) étudie le processus de reconstitution d’un disque gazeux à
partir des éjections d’étoiles mourantes. Il s’intéresse en particulier à l’échelle de temps de ce
phénomène, qui est très lent (des milliards d’années pour un disque réduit à 10 % de sa masse
d’origine), ainsi qu’à la composition chimique du disque ainsi formé.
6.4 Mécanisme de sursauts de formation stellaire
Joachim Köppen (collaboration avec C. Theis) cherche à expliquer les sursauts de
formation d’étoiles à partir d’un modèle simple, faisant intervenir des oscillations de pression
amorcées par un effondrement initial, et une régulation par échauffement du gaz par les étoiles