Caractériser les grandes structures interstellaires de la Galaxie à l

- lieu du projet : UTINAM
- titre de la thèse : Caractériser les grandes structures interstellaires de la Galaxie à l'aide de Gaia,
des grands relevés infrarouges et du modèle de Besançon.
- interlocuteur du dossier :
Annie Robin (HDR), 03 81 66 69 41
Julien Montillaud (non HDR), 03 81 66 69 25
Les pièces à joindre sont les suivantes :
- descriptif détaillé des travaux de la thèse :
Comprendre la structure en 3D de la Voie Lactée est une étape clé pour l'étude de l'évolution des
galaxie, et notamment pour l'étude des liens entre la formation stellaire et la dynamique de la
galaxie. Ce problème complexe implique une grande variété de processus depuis la chimie du gaz et
de la poussière interstellaire à la dynamique des étoiles et de la matière interstellaire dans le
potentiel gravitationnel galactique. Plusieurs grands relevés observationnels ont été récemment ou
seront prochainement publiés qui devraient conduire à des avancées majeurs dans ce domaine. La
mission Gaia a déjà rendu publiques les parallaxes pour ~2 millions d'étoiles, et plus d'un milliard
sont attendues à terme. Ces données permettront la construction de cartes 3D de la Galaxie tant pour
les étoiles que pour le milieu interstellaire vu en extinction. Cependant, dans le plan de la Galaxie,
la portée de ces données sera limitée par son importante extinction interstellaire. De plus, ces
données n'apporte pas d'information sur l'état physique du milieu interstellaire, comme par exemple
sa température.
Les relevés infrarouges (IR) comme 2MASS dans l'IR proche, GLIMPSE dans l'IR moyen et
Herschel dans l'IR lointain complètent les données Gaia par des observations où les étoiles et la
poussière interstellaire sont détectées même à des distances très supérieures à la portée de Gaia dans
le plan Galactique, cependant sans estimation directe de distance. Ainsi de la combinaison de ces
deux types de données il est possible de construire une carte en 3D de la structure du milieu
interstellaire dans le plan de la Galaxie. De plus, les données infrarouges permettent de caractériser
l'état du milieu interstellaire, et notamment la température des grains de poussière interstellaire.
L'équipe du modèle de la Galaxie de Besançon a développé une longue expérience dans la synthèse
de populations stellaires, la comparaison aux grands relevés stellaires, et la construction de cartes
d'extinction interstellaire en 3D. Ce modèle représente un outil idéal pour analyser les données Gaia
de sorte à construire une carte d'extinction à une résolution sans précédent. Une nouvelle partie du
modèle permet désormais, à partir des étoiles du modèle, de calculer la température des grains de
poussière interstellaire ainsi que leur émission infrarouge. Le modèle peut donc maintenant être
également comparé aux données IR jusqu'au domaine IR lointain, et fournir des cartes 3D de l'état
physique du milieu interstellaire.
L'étudiant devra utiliser et améliorer le modèle de Besançon afin de le confronter aux données Gaia,
2MASS, GLIMPSE et Herschel. L'objectif sera de caractériser la structure et l'état physique des
grandes structures de la Galaxie, notamment les bras spiraux.
- indication des laboratoires concernés : UTINAM
- planning des recherches du doctorant :
Automne 2017 : Bibliographie sur les contraintes déjà connues sur les grandes structures de la
Galaxie, et sur les méthodes de cartographie par extinction. Prise en main du modèle de Besançon.
2018 : Calcul des cartes synthétiques dans tout le domaine infrarouge à moyenne résolution spatiale

(~30 arcmin). Confrontation aux observations de l'émission de la poussière et aux cartes
d'extinction 3D pour caractériser les bras spiraux. Publication des résultats à moyenne résolution.
2019 : Calcul des cartes synthétiques dans tout le domaine infrarouge à haute résolution spatiale (~5
arcmin). Confrontation aux observations de l'émission de la poussière et aux cartes d'extinction 3D
pour afiner la caractériser les bras spiraux, et catactériser les régions centrales de la Galaxie.
Publication des résultats à haute résolution.
2020 : Utilisation de la méthode pour l'ensemble de la Galaxie. Rédaction du manuscrit de thèse.
- lieu : Observatoire de Besançon
- liste des thèses déjà financées par le CRFC sur cette thématique (au titre de l'Appel classique et en
co-financement) dans les 5 dernières années.
* Guillaume Nasello (2015-2018) « Sonder l’intérieur des étoiles pour comprendre l’histoire de la
Voie Lactée » (appel classique)
* José Fernandez-Trincado (2014-2017) « Les étoiles de petite masse comme traceurs des
populations de la voie lactée : étude des effets de la métallicité dans les atmosphères froides »