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 1 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 Halphasurvey" 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 WolfRayet 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. 2 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 3 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 4 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 5 massives nouvellement formées. Selon les paramètres initiaux, un tel système peut, soit être amorti rapidement, soit évoluer vers un régime régulier de sursauts de formation d’étoiles. 6.5 Relation masse-métallicité des galaxies Joachim Köppen (collaboration avec C. Weidner et P. Kroupa) reproduit la relation masse-métallicité des galaxies,en faisant dépendre la distribution initiale de masses des étoiles (IMF) de la masse de gaz disponible. 7. Missions d’observation et équipement sol OHP (193 et 152) : 3 missions de 7 jours en sept. 2003-juin2004 (Agnès Acker) OHP : 193/Elodie et 152/Aurélie, 40 nuits (Rubens Freire Ferrero) OHP : 193/Sophie, 2 nuits en mode service (Jean-Louis Halbwachs) TNG Canaries : Télescope Galileo, 7 nuits (R. Freire Ferrero) Observatoire de Catane : télescope 91 cm (120 nuits: spectroscopie et photométrie) (R. Freire Ferrero et collaborateurs) VLT, Paranal (UT2, FLAMES) : 9-13 juin 2007 (A. Acker PI) NTT, La Silla (EMMI) : 16-21 juin 2007 (A. Acker PI) Télescope de Schmidt de Siding Spring en Australie avec le 6dF pour RAVE : A. Vaughan (collab. A. Fresneau) utilise les vitesses radiales d'étoiles sélectionnées le long du 4ème quadrant galactique. Machine de mesure décommissionnée depuis 2004 à l'Institut d'Astronomie de Cambridge et utilisée par R. Argyle (collab. A. Fresneau) pour réduire les clichés astrographiques de l'observatoire de Bordeaux (programme de collaboration CNRS/Royal Astronomical Society). 8. Enseignement (hors obligations statutaires) et diffusion de la culture Goutelas 2005. Jean-Louis Halbwachs (avec Daniel Egret et Jean-Marie Hameury) a organisé l’école CNRS de Goutelas 2005 sur le thème « formation planétaire et exoplanètes ». Les cours ont été publiés par l’Observatoire de Strasbourg et la SF2A ; ils sont aussi disponibles en ligne (http://astro.u-strasbg.fr/goutelas/g2005). Elsa School 2007. Jean-louis Halbwachs doit présenter un cours un cours intitulé « binaries » lors de l’école ELSA (European Leadership in Space Astrometry) organisée à Leyden en novembre 2007 Radio Astronomy in Schools. Joachim Köppen a mené l’évaluation d’un projet pédagogique de radio télescope dans le domaine 10-12 GHz, dans le cadre du programme « Radio 6 Astronomy in Schools » de l’ESA. Ce rapport décrit l’utilisation de l’instrument par les étudiants de l’ISU, et fait des recommandations sur son usage dans les écoles et institutions éducatives. Version trilingue du CDrom « Explorer l’Univers ». Agnès Acker a participé à la préparation d’une version trilingue de ce CD-Rom, en partenariat avec l’université de Berkeley/USA avec le soutien de Science à l’Ecole (2005-2006). Planétarium. Agnès Acker est présidente de l’Association des Planétariums de Langue Française, APLF (classée tête de réseau par le MRT). A ce titre, elle dirige la publication de la revue « Planétarium ». Elle est également membre du Conseil de l’« International Planetarium Society » (siège USA) depuis 2000 et est chef de projet de programmes européens pour Planétariums en partenariat avec l’ESO et l’ESA (2006-2009). Agnès Acker a créé le Brevet d’Etat d’Animateur Technicien de l’Education Populaire (BEATEP), dont elle est co-responsable et animatrice, en partenariat avec les directions régionales de Jeunesse & Sports, CEMEA, et les observatoires de Paris et de Strasbourg (2004-2007). Agnès Acker est membre du Comité de pilotage de l’Année Mondiale de l’Astronomie AMA09 (2006-2009), ainsi que du Conseil scientifique et pédagogique du Vaisseau (centre de diffusion scientifique de Strasbourg). Module de Diplôme d’Université. Agnès Acker est responsable du module « Etoiles » du Diplôme d’Université de l’Observatoire de Paris (2006-2007). Conférences grand public. Agnès Acker présente chaque année une douzaine de conférences sur toute la France (dont la moitié en Alsace). 9. Responsabilités nationales et internationales SF2A. Agnès Acker était membre élu du conseil de la SF2A jusqu’en 2006. UAI. Agnès Acker était membre du WG « planetary nebulae » de 1987 à 2006. Elle a été membre du SOC du Symposium IAU 234 « Planetary nebulae », Hawaii, avril 2006 Gaïa. Jean-Louis Halbwachs est « manager » de la DU432 « Astrometric binaries » du consortium DPAC (consortium de réduction du programme Gaïa de l’ESA). 10. Invités Fred Bruhweiler (UCA, Washington DC, USA) : 2005,2006 et 2007. Antonio Frasca (Instituto Astrofisico di Catania, Italie): 2004,2006,2007 Ettore Marilli (Instituto Astrofisico di Catania, Italie): 2004 Carmen Morales Durán (LAEFF, INTA, Madrid, Espagne), 2005,2006 Katia Biazzo (Instituto Astrofisico di Catania, Italie): 2007 Kris Gesicki (Torun) avril 2004 7 George Jacoby (Tucson/USA) juillet 2006 Quentin Parker (Sydney/Australie) décembre 2005, juillet 2006 et 2007 Dimitri Pourbaix (Bruxelles, ULB) : janvier 2007 11. Séjours à l’étranger LAEFF (Laboratoire d'astrophysique spatiale et de physique fondamentale),Madrid, Espagne : Rubens Freire Ferrero - IAC (Instituto de Astrofisica di Catania), Catane, Italie: Rubens Freire Ferrero Université Macquarie, Sydney: A. Fresneau Institut f. Astronomie, Vienne, Autriche: Joachim Köppen (1 mois en 2004 , 2005 et 2007) 12. Collaborations UCA, Washington DC, USA Instituto Astrofisico di Catania, Italie Université Macquarie de Sydney, Australie Institut d'Astronomie de Cambridge, Royaume Uni LAEFF (Laboratoire d'astrophysique spatiale et de physique fondamentale),Madrid, Espagne Institut f. Astronomie, Vienne, Autriche Institut f. Theoretische Physik und Astrophysik, Kiel, Allemagne Astronomical Institute, Academy of Sciences, Prague, Rép. Tchèque 13. Encadrements de thèses et stage Thèses : Mlle Laure Lefèvre (co-tutelle ULP-Univ de Montréal, A. Acker et T. Moffat), soutenue à Montréal le 16 février 2006 à Montréal. Alan Peyaud (co-tutelle ULP-Univ de Macquarie, A. Acker et Q. Parker), soutenue le 21 décembre 2005 Brent Miszalski (co-tutelle ULP-Univ de Macquarie, A. Acker et Q. Parker), soutenance prévue pour 2009. M.Alexis Klutsch (co-direction R. Freire Ferrero et P. Guillout, Observatoire de Strasbourg) « Activité stellaire et théorie dynamo : histoire de la formation d'étoiles dans le voisinage solaire. » M. Giuseppe Mignemi (co-tutelle franco-italienne, co-directeurs Rubens Freire Ferrero et L.Paterno et coll. A.Frasca, Catane, Italie) “Late-type magnetically active single and binary stars in a sample of nearby X-ray sources.” 8 Stages : Mlle Lucie Duleau, Magistère de mathématique de Strasbourg (J.L. Halbwachs, 2005) Audrey Morgenthaler, L3 STU, Strasbourg (J.L. Halbwachs, 2006) Joseph Lanoux, L3 STU, Strasbourg (J.L. Halbwachs, 2006) M. Rémy Onsay, IUT Nancy-Charlemagne, Dépt Informatique, 2e année (J.L. Halbwachs, 2007) P. Girard, DEA d’Astronomie (A. Acker et J. Köppen, 2003) F. Varlet, DEA d’Astronomie (J. Köppen, 2003) 9