ACKER Agnès - Observatoire Astronomique de Strasbourg

ACKER Agnès
Rapport d'activite couvrant la periode 2000 - 2003.
1 - EVOLUTION STELLAIRE :
1.1 - ETUDE DES ETOILES WR AU CENTRE DES NP
Les spectres des CSPN [WC/WO] sont dominés par les vents
Une nouvelle grille de classification quantitative de ces étoiles, basée sur 20 rapports de raies à
potentiel d’ionisation croissant, ce qui met en évidence deux séquences de spectres, les plus
chauds dominés par les raies de l’oxygène ionisé (types [WO1] à [WO4]), les plus froids dominés
par les raies moins ionisées du carbone (types [WC4-11]). Les vents vont en accélérant des [WC11]
aux [WC4], puis atteignant des vitesses terminales de 5000 km/sec pour un petit groupe d’étoiles
[WO4] que j’ai découvertes, pour se stabiliser ensuite. Il est possible que cette grande vitesse marque
la transition entre les phases initiales dominées par la poussée du moment et les phases ultérieures
poussées par l’énergie, un phénomène proposé également en étudiant la structure du champ de vitesse
des nébuleuses (Acker&Neiner 2003).
Les vents stellaires chauds des CSPN [WC/WO] apparaissent tous fragmentés et intermittents
Avec Yves Grosdidier, et dans le cadre de sa thèse, nous avons montré que les vents des CSPN [WO] et
[WC] sont tous fragmentés. De plus, Yves a conduit une étude globale de l’environnement circumstellaire
des étoiles WR aussi bien massives que de pop.II. Une histoire complète des vents va depuis la
surface de l’étoile jusqu’à leur interaction avec le milieu pré-existant, dans le cadre d’un scénario de
vents interactifs perturbés par des instabilités hydrodynamiques et radiatives. L’universalité de la
variabilité et de la fragmentation des vents a été démontrée, quelle que soit la masse de l’étoile.
Les nébuleuses autour des étoiles [WC/WO] sont turbulentes !
- En 2002, avec K. Gesicki, et Y. Grosdidier, nous avons analysé le champ de vitesse de 16 NP à noyau
[WC] ou de type wels comparées à 8 NP « normales ». Nous avons trouvé une évidence spectrale de
vitesses turbulentes finies, superposées à une expansion pratiquement constante – alors qu’elle
croît vers l’extérieur pour les NP autour d’étoiles O, dans lesquelles aucune turbulence n’est décelée.
Cette étude suggère que les nébuleuses à noyau [WC] se trouvent longtemps dans un régime
dominé par la poussée du moment (et non de l’énergie).
Quand l'etoile evolue depuis le stade AGB, la densite du vent tres rapide diminue pendant que sa vitesse
augmente. La duree de refroidissement depend fortement de la vitesse terminale, donc le refroidissement
radiatif du vent rapide interactif devient de moins en moins efficace. Donc les NP sont considerees comme
etant d'abord "momentum-driven", la transition se faisant pour une vitesse terminale de env. 1000 km/s.
Pendant la phase suivante "energy-driven", les inhomogeneites du vent (qui pouvaient se propager dans la
phase precedente) sont rapidement lissees par des ondes de pression de la zone chaude, et donc ne peuvent
perdurer. Pour les etoiles WC, a vent tres important, la 1ere phase dure plus longtemps ce qui pourrait
expliquer que les inhomogeneites que nous avons observees pour le vent pourraient se transmettre a la
nebuleuse d'ou les mouvements de type turbulent que nous avons observes uniquement dans les
nebuleuses autour des etoiles WC.
On peut de plus dire que Dwarkadas et Balick (1998ApJ...497..267) ont montre que la thin-shell instability est
tres efficace durant la phase momentum-driven: i.e. on forme facilement des clumps durant cette phase ! Ce
serait durant la phase energy-driven que Rayleigh-Taylor interviendrait, mais des ondes de pression gomment
les instabilites rapidement: la haute temperature de cette phase fait que les ondes sonores egaliseraient tout.
Normalement les zones les plus denses du vent fragmenté ne peuvent perdurer (voir ref 31
1999), sauf pour les vents très rapides des étoiles [WC], où les inhomogénéités du vent peuvent
exciter des instabilités engendrant la turbulence observée.
En 2002, avec Kris Gesicki et Albert Zijlstra, nous avons élargi l’étude de la cinématique interne et de
la turbulence à l’étude du champ de vitesses de 73 NP. La vitesse d’expansion et le rayon nébulaire
conduisent à un âge dynamique ; utilisant la température stellaire, on peut évaluer la luminosité, et la
masse du noyau des NP (en comparant avec des tracés évolutifs) : les 73 objets se concentrent
autour du tracé de Schoenberner de 0.61 Msolaire – ce qui est un peu supérieur à la masse des
naines blanches locales. Les mouvements turbulents sont confirmés pour les NP à noyau [WC],
mais à part cela ces objets suivent les mêmes tracés évolutifs que les NP « normales ».
De plus, Yves Grosdidier a abordé statistiquement le complexe problème de la turbulence en
astrophysique. Il a montré aussi que le scénario classique des vents en interaction ne peut expliquer la
structure de toutes les enveloppes éjectées (cas de M1-67), ce qui ouvre des perspectives nouvelles
(article M1-67 ApJ).
1.2 - ETUDE DES PROTO-NP- Le stade post-AGB ne dure que quelques 103 ans. Le lien avec les NP,
en particulier à cause de l’enveloppe AGB poussiéreuse. Aussi, avec R. Monier (Strasbourg), R. Tylenda et
M. Schmidt (Torun), nous conduisons une étude systématique des « proto-PN », à partir de spectres à
hauts résolution et signal/bruit de 10 objets (pris en 2001), nous déterminons Teff et log g, puis en
comparant avec les modèles (Torun), nous déduisons la masse.
1.3 - ETUDE DES ETOILES OB et WR MASSIVES – Dans le cadre de sa thèse (co-direction A.
Moffat et A. Acker), Laure Lefèvre étudie les variations photométriques et spectrographiques des étoiles OB
chaudes et massives évoluant vers le stade WR, afin de comprendre cette transition. On se propose
d’étudier les variations de la raie H, en parallèle avec des observations photométriques simultanées, pour
mettre en évidence un lien entre les structures dans les vents et la surface de l’étoile. Nous serons alors en
mesure d’appliquer ces résultats à toutes les étoiles massives ainsi qu’à leurs descendants, les étoiles
Wolf-Rayet.
2 - ETUDES GALACTIQUES AVEC LES NP
2.1- NP du bulbe galactique : Etude de 30 NP du bulbe, détermination des paramètres du plasma et les
abondances en He, O, N, S, Ar, Cl. Les NP du bulbe semblent être une population plus âgée que les NP du
disque, de métallicité légèrement plus grande que celles-ci, une conclusion trouvée aussi pour la population
stellaire du bulbe (Cuisinier et al. 2000).
2.2- Nouvelles NP du survey austral AAO/UKST en H  :
- Une collaboration entre Q. Parker et A. Acker initiée en 2001, à l’occasion d’un séjour d’un mois de Q.
Parker à Strasbourg autour du nouveau catalogue de NP, En liaison avec le CDS (François
Ochsenbein), une base de données intégrant toutes les nouvelles NP (incluant les spectres et images)
est développée (2001-2005).
- La détermination des paramètres du plasma et abondances est faite à partir de spectres divers : OHP
(193cm + Carelec) pour une cinquantaine de nouvelles NP situées près de l’équateur (1 ère mission de 4
nuits en nov. 2002) ; m^me objectif pour les spectres déjà obtenus par Parker et al. à divers
instruments et couvrant des domaines généralement plus restreints (SAAO 1.9m, MSSSO 1.9m et
2.3m, ESO 1.5m, FLAIR et 6dF).
- Le bulbe galactique est étudié spécialement dans la thèse de Alan Peyaud, pour contraindre les
dimensions et masses des nébuleuses et noyaux (évolution stellaire en relation avec J. Köppen) et
pour détecter des populations caractérisées par leur vitesse radiale et leurs abondances (formation du
bulbe, avec R. Ibata)
-
L’extension du survey en H à la Voie Lactée Nord a été prévue, en vue de la complétude du survey
sur tout le ciel, en utilisant le télescope de Schmidt de l’OHP. Acker a mené une étude de faisabilité
financée par le PNPS en 2002, qui a montré que le travail était techniquement faisable, mais était
totalement bloqué à cause du manque de techniciens de nuit à l’OHP.
Eventuel "fait saillant": 2 avancées dans la connaissance des étoiles [WR] :
- Les vents stellaires chauds des CSPN [WC/WO] apparaissent tous fragmentés et intermittents.
- Les nébuleuses autour des étoiles [WC/WO] sont toutes turbulentes !
+ Valorisation de la recherche : 40 Planétariums célèbrent les 40 ans de l’ESO en 2002/2003
Liste des publications
2000
P
P
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C
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T
Neiner C., Acker A., Gesicki K., Szcerba R. : Modelling velocity field of 8 northern planetary nebulae
– A&A 358, 321
Grosdidier, Y., Acker, A., Moffat, A.F.J. : Turbulent outflows from [WC]-type nuclei of PN : I. The [WC
9] central star BD+30°3639 and the [WC 9-10] class - A&A364, 597
Cuisinier F., Maciel W., Köppen J. , Acker A., Stenholm B. : Observations of planetary nebulae in the
galactic bulge, A&A 353, 543
Cuisinier F., Köppen J. , Acker A., Maciel W. : Stars and planetary nebulae in the galactic bulge,
Proceedings of the workshop « Galaxy Disks and Disk Galaxies », ASP Conf. Ser. Vol.3-2000,
Edit. JF Funes & EM Corsini
Köppen J., Acker A. : Planetary nebulae in clusters, Proceedings of the workshop « Massive stellar
clusters », observatoire de Strasbourg, ASP conf. Ser., Edit. A. Lançon
Grosdidier Y., « Le phénomène WR au sein des étoiles chaudes de pop. I et II : Histoire des vents
stellaires et impact sur la structure nébulaire circumstellaire »
2001
P
Grosdidier, Y., Acker, A., Moffat, A.F.J. : Turbulent outflows from [WC]-type nuclei of PN : II. The [WC
8] central star of NGC 40, A&A 370, 513
P
Grosdidier, Y., Acker A., Moffat, A.F.J. : [WC] stellar wind turbulent outflows feeding the ISM,
Proceedings of the workshop « Ionised nebulae », Mexico, 2000, RevMexAA (Conf.Ser.) 12,
90
T
Chesneau O. “Environnement circumstellaire par la HRA et la spectrophotométrie” (titre exact à
revoir !)
T
Sarrat A. « Etude de la determination de la direction d’un electron de recul dans le cadre du projet de
spectroscopie des neutrinos solaires HELLAZ »
2002
P
Grosdidier, Y., Moffat, A.F.J., Joncas, G. et Acker, A : M 1-67, nebula ejected from the runaway
WN8 star WR 124, and collision with the Interstellar Medium : constraints from HST imagery and
complementary CFHT Fabry-Perot data – Astrophys. Journal 562, 753
P
Acker A., Gesicki K., Grosdidier Y., Durand S. : Turbulent nebulae around [WC] stars, A&A384, 620
C
Gesicki K., Acker A. : Analysis of 5 PN with [WC8-11] nuclei, Proceedings of the workshop « PostAGB objects (proto-PN) as a phase of stellar evolution », Torun, ASP conf. Ser. 329 ?????
T
Neiner C. « Oscillations non radiales, activité et modulation du vent dans les étoiles chaudes
actives »
2003
P
Acker A., Neiner C. : A new quantitative analysis of [WR] CSPN, A&A sous presse
P
Gesicki K., Acker A. , Zijlstra A.: Kinematics, turbulence, evolution of PN, A&A 400, 957
Proceedings IAU 209 “Planetary nebulae” Canberra2001, posters (sous presse)
C
Ochsenbein F., Acker A., Parker Q., Lunström I.: The Strasbourg-Edimburgh-Lund database of
galactic PN
C
Köppen J., Acker A.: An interactive visualisation for the catalog of galactic PN
C
Acker A., Durand S : An exhaustive study of [WC] CSPN
C
Acker A., Grosdidier Y. : Wind inhomogeneities in [WC] CSPN, from late to early type nuclei
C
Gesicki K., Acker A. : Velocity fields in 9 southern PN, turbulence confirmed
C
Grosdidier Y., Acker A., Blais-Oulette, Joncas, Moffat:: CFHT Fabry-Perot 2D spectroscopy in Halfa
of NGC 40
C
Parker Q. et al, Acker A., Ochsenbein F: A new catalogue of galactic PN from the Halfa southern
survey (distributed as a CDrom)
C
Parker Q.,….Acker A., et al: A rich new vein of PN from the AAO/UKST H survey
En préparation (A&A)
P
Grosdidier Y., Acker, A. : Turbulent outflows from [WC]-type nuclei of PN : III. [WC]-earlyCSPN
P
Köppen J., Acker A., Girard P., Durand S., Stenholm B. : Chemical properties of [WC] PN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------V
V
V
Acker A. : Astronomie - Introduction, Masson (1992) ; Dunod re-impression (1997 et 2000) – 2ème
Edition en 2003
Acker A. : Comptes-rendus de l’université d’été La planète Terre au rythme du Soleil, CD-rom
(2000)
Acker A., Pecker J.C. : L’univers astronomique, Terre, Soleil, étoiles, galaxies, Collection
« Planétariums » N°2 (2001) Acker, Editeur
V
V
V
V
Azoulay G., Acker A. : « La Terre, objet d’astronomie, un projet de médiation avec les
Planétariums », Revue Aster (à comité de lecture) 2003
Azoulay G., Acker A. : « Earth, the « star » of a unique Planetarium show », colloque EGS-EGU
(géophysique) 2003
La collection « Planétariums » lancée dans le cadre d’une opération INTERREG (Acker, éditeur)
comprend 3 titres : « Terre, planète à protéger » par J. DiMeglio (2000), « L’univers astronomique »
(2001), « La Terre et son univers en 7 animations » par M. Dumas (2002)
Une Revue annuelle PLANETARIUM (env. 100 pages), est l’organe de liaison de l’Association des
Planétariums de Langue Française (directeur de publication Acker)
Responsabilites au niveau national ou international
- Membre du Conseil de la Société Française d’Astronomie & d’Astrophysique (SF2A) (2002)
- Membre du Working Group IAU-Planetary nebulae (9 membres dans le monde) depuis 1987, et du SOC
des symposia de l’IAU « Planetary nebulae »
- Expert FP6 = experts qui seront chargés d’aider les services de la commission européenne à évaluer et
à sélectionner les propositions de projets de recherche soumises pour un financement au titre du 6e
PCRDT
Activites de formation permanente
Ecole d’Aussois « Vents stellaires » (sept.03) Les vents des NP
Ecole du CNRS « Outils de l’astrophysique Professionnels-Amateurs » (Oleron, mai 03) Observation et
analyse de nébuleuses
Visiteurs et stagiaires.
K. Gesicki , Torun (PICS France-Pologne) : séjour de 2 à 3 semaines chaque année
M. Schmidt, Torun : 2 séjours de 10 jours en 2001
Q. Parker, Sydney : 1 mois en 2001, 2 mois en 2003
Stage DEA : P. Girard, 2003 : Etude des NP à noyau WR, paramètres du plasma et abondances chimiques
(co-direction J.Köppen)
Directions ou co-directions officielles de theses.
- Yves Grosdidier, Acker co-direction (avec T. Moffat) ss régime de co-tutelle Strasbourg-Montreal
(soutenance déc 2000)
- Alan Peyaud, Acker co-direction (avec Q. Parker) ss régime de co-tutelle Strasbourg-Sydney (depuis
oct2002)
- Laure Lefèvre, Acker co-direction (avec T. Moffat) ss régime de co-tutelle Strasbourg-Montreal (depuis
oct.2002)
- Coralie Neiner, Acker tutrice de co-tutelle Strasbourg-Amsterdam (soutenance 2002)
- Olivier Chesneau, Acker tutrice de co-tutelle Strasbourg-Montreal (soutenance 2001)
- Anthony Sarrat, Acker co-directeur ULP, directeur=Jean Dolbeau, Laboratoire de physique corpusculaire
et de cosmologie, college de France (soutenance 2001)
Tous ces jeunes docteurs sont actuellement en situation de post-doc.
Activités de diffusion de la culture
Direction du Planétarium de Strasbourg (de 1980 à déc 2001)
Animation de l’ « Association des Planétariums de Langue Française » (depuis 1989)
Membre du Conseil des Planétariums de Vaulx-en-Velin, du Centre d’astronomie de St-Michell’Observatoire, et de Epinal (depuis leur fondation à ce jour)
Membre du groupe de travail HOU « Hands-On-Universe » depuis 2001
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Conférences (extraits):
En 2000 : Congrès européen de Nantes (2000, conférence et table ronde),
En 2002 : à Périgueux et à Bergerac (5 conferences dont 4 en collèges et lycée), à Epinal (Table
ronde), à Bischwiller (en 2 collèges, Science en fête) .
En 2003 au Palais des Congrès de Puteaux (en janvier), à l’université de Nancy puis au
Planetarium de Vaulx-en-Velin/Lyon (en fevrier), à Rennes (en juin)…
Projets de diffusion scientifique :
(1) Je suis membre du Comité de pilotage du projet « Maquette géante du système solaire » que j’ai initié
en 1999, et qui doit se mettre en place dans la Communauté de Communes des Pays de Hanau avec le
soutien de la Région Alsace (Etude de faisabilité financée en 2002-2003).
(2) Je participe à l’introduction de nouvelles méthodes pédagogiques dans l’enseignement et attirer les
jeunes vers la science , dans le cadre du CLEA (dont je suis vice-présidente), et de l’équipe Hands-OnUniverse (avec A.L. Melchior). En particulier j’œuvre pour la production et la diffusion d’un CDrom « HOUEXPLORER » (soutien du MEN, du PNPS, du Rectorat de Strasbourg).
Planétarium de Strasbourg : J’ai fondé le Planétarium de l’Observatoire de Strasbourg en 1979, et l’ai
dirigé pendant 22 ans. J’ai créé env. 20 spectacles de Planétariums, dont 6 bi- et tri-lingues. J’ai mis la
structure en place, augmentant les surfaces et les équipements (le Planetarium de Strasbourg est, dans sa
catégorie, le mieux équipé en matériel audiovisuel), et développant le personnel (équipe de 9), gérant un
budget très difficile à équilibrer (env. 70% des dépenses – dont 3 emplois – ont du être prises en charge sur
les ressources propres, jusqu’en 1997 où le Planétarium fut enfin inscrit dans le contrat quadriennal ULP
qui octroya une subvention à partir de cette date seulement). Chaque année, j’ai présenté des projets, que
nous avons pu réaliser grâce au soutien des collectivités territoriales. Le Planetarium a reçu env. 30 000
visteurs par an (54 000 en 1993), dont 65% de scolaires.
INTERREG 1998-2001 : En particulier, pour bénéficier de fonds européens, j’ai porté une opération interrégionales. Toutes les opérations bilingues prévues dans ce programme transfrontalier (2,6 MF dont 800 kF
CEE) ont été exécutées en 2001 : 3 spectacles en collaboration avec Fribourg (Allemagne), des éléments
d’exposition, 3 livrets pédagogiques, un Guide du tourisme astronomique, un CDrom « Terre, planète à
protéger » (version française en mars 2001, allemande en juin 2001).
Association des Planétariums de Langue Française (APLF) :
En 1989 j’ai créé l’APLF que je préside depuis cette date, entourée d’un comité directeur formé par les
responsables des Planétariums de Toulouse, Reims, Nantes, Marseille, Brescia. En 2000, l’ensemble des
Planétariums français touchent 1 346 000 visiteurs, dont environ 65 % de scolaires. L’APLF regroupe 26
structures fixes – dont les Planétariums de Paris, Toulouse, Pleumeur-Bodou, Villeneuve d’Asc, Vaulx-enVelin, ainsi que Cappelle-la-Grande, Nançay, Nantes, Reims, St-Etienne, Strasbourg - , 36 équipements
itinérants, 44 établissements scolaires (collèges, IUFM,…), auxquels s’ajoutent 9 Planétariums
francophones : Brescia (Italie), Bruxelles, Lafayette (USA), Lucerne (Suissse), Montréal, Tunis,….
La mission que s’est donnée l'APLF est de développer les Planétariums en France et au-delà, afin de
déployer les connaissances scientifiques auprès d’un large public et tout spécialement en direction des
scolaires, tout en oeuvrant en faveur de la culture artistique. La qualité des spectacles présentés doit
constamment être améliorée, pour transmettre efficacement des connaissances actualisées en « sciences
naturelles » de la Terre et de l’Univers, tout en contribuant à la valorisation de la recherche en France.
Dans cette perspective, plusieurs types d’opérations sont menées, sous mon initiative et mon contrôle :
 Pour favoriser les échanges : à travers l’organisation de rencontres annuelles depuis 1984 (p.ex. à
Strasbourg en 1999, à Toulouse en 2000, à Milan/Brescia en 2001, à Bruxelles-Genk, Villeneuve
d’Ascq en 2002 ; à La Hague en 2003) ; à travers la réalisation et la diffusion de la revue annuelle
« Planétariums » depuis 1996 ; à travers le site WEB de l’APLF ;
 Pour contribuer à la formation d’animateurs et enseignants : à travers l’organisation ponctuelle
d’actions de formation (1991 et 1992 à Strasbourg ; 1994 à Marly-le-Roy ; 1999 et 2003 au Centre
astro. de StMichel l’Observatoire) ;
 Pour contribuer à la pédagogie : à travers la réalisation en commun de documents pédagogiques
(livrets) , et de spectacles de Planétariums produits au niveau national.
Je suis « chef de projet APLF » dans ces opérations de grande envergure, qui constituent une première au
niveau mondial. En 2001-02, 35 Planétariums de l’APLF ont présenté le spectacle « La planète aux mille
regards » produit par le CNES (collaboration avec Gérard Azoulay). En 2002-03 , 40 Planetariums
européens ont fêté les 40 ans de l’ESO par le spectacle « Les mystères du Ciel austral ». Un emploi-jeune
a été créé pour l’APLF en 2000, a Strasbourg.