dévoiler le mystère de la perte de masse

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Côte d'Azur
UFR Sciences
Proposition de Sujet de Thèse pour Contrat Doctoral UCA
Adresse e-mail à utiliser pout toute correspondance :
[email protected]
Titre de la thèse
Le brouillard des étoiles géantes : dévoiler le mystère de la perte de masse
Thesis Title
The bubbling Asymptotic Giant Branch stars: unveiling the mystery of the mass-loss
Directeur de Thèse (HDR ou assimilé)
Nom : Chiavassa
Prénom : Andrea
Téléphone : [phone]
Courriel : [email protected]
Laboratoire d'accueil
LAGRANGE
Co-directeur
Nom :
Prénom :
HDR : Non
Unité de recherche :
Téléphone :
Courriel :
Domaine Scientifique
DS3 - Sciences de la Terre et de l'Univers, Espace

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Côte d'Azur
UFR Sciences
Description du sujet
La plupart des étoiles de faible masse finissent leur vie dans la phase « Asymptotique
Giant Branch » (AGB). Durant cette phase, la pulsation et la pression de radiation de
l’étoile conduisent à une phase de forte perte de masse, au cours de laquelle le gaz et la
poussière enrichi par les produits de la nucléosynthèse de l'étoile seront éjectés. Cette
perte de masse est fondamentale pour l'enrichissement chimique du milieu interstellaire
(ISM) et pour l'évolution chimique de notre Galaxie.
Un aspect important du processus de perte de masse est la géométrie, à savoir la
distribution de densité et la cinématique de la photosphère et de l'enveloppe
circumstellaire des étoiles AGB. Pour une meilleure compréhension de l'histoire de perte
de masse, il est essentiel de sonder les atmosphères stellaires à différentes échelles
spatiales : de très profond à l'intérieur de l'étoile jusqu'à l'interface avec l'ISM.
Les techniques à haute résolution spatiale sont uniques dans ce contexte d'étude.
L'instrument MATISSE (https://www.matisse.oca.eu/) sera crucial pour étudier la
dynamique et la formation de poussières dans les étoiles AGB. MATISSE est développé à
l’Observatoire de la Côte d’Azur – Laboratoire Lagrange - et sera monté au Very Large
Telescope Interferometer au Chili. Comme le laboratoire Lagrange fait partie du
consortium de construction de MATISSE, nous avons accès au temps garanti pour
observer en priorité des étoiles AGB ainsi qu’au soutien et à l’aide technique pour la
réduction des données. Ces observations seront effectuées au début des opérations
Matisse (début 2018). Le but est de reconstruire des images monochromatiques avec les
observables interférométriques. L'interprétation des données se fera au moyen de modèles
hydrodynamiques.
La modélisation hydrodynamique multidimensionnelle de la convection dans les étoiles
évoluées inclut la totalité de l’étoile dans la boîte numérique de la simulation (article:
https://arxiv.org/abs/1702.05433, vidéos:
http://www.astro.uu.se/~bf/movie/AGBmovie.html). La première comparaison avec des
observations spectro-interférométriques a été effectuée (Wittkowski, Chiavassa, Freytag
et al 2016, A&A https://arxiv.org/abs/1601.02368) et fournie une évidence à la présence de
chocs, induits par les mouvements convectifs, dans les atmosphères AGB.
Le projet de thèse est centré sur l'utilisation des dernières simulations numériques pour
développer de nouveaux outils numériques, y compris une physique plus adaptée, et un
ensemble unique de matériel d'observations pour améliorer notre compréhension des
étoiles AGB. En plus de cela, l'étudiant sera encouragé à préparer des propositions de
temps d’observation avec différents instruments montés sur les plus grands
interféromètres du monde (MATISSE, GRAVITY, NACO, VISIR, SPHERE au Very Large
Telescope au Chili et MIRC, VEGA au CHARA interféromètre in USA) pour compléter les
observations MATISSE.
Cette synergie entre la modélisation et l'observation sera un outil unique dans la
communauté stellaire qui va fortement aider à avoir une vue complète sur la complexe
dynamique des AGB en partant de leurs photosphères jusqu'aux couches plus externes qui
l’enveloppent.
La thèse se déroulera au laboratoire Lagrange (Observatoire de la Cote d’Azur, Nice) avec
une forte interaction avec Markus Wittkowski de l’ESO (European Southern Observatory –
Munich, Allemagne) et Bernd Freytag (Department of Physics and Astronomy, Uppsala
University, Suede). Le projet prévoit la possibilité d’effectuer plusieurs longues visites à

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l'ESO et à l'Université d'Uppsala.
Description of the thesis
Most of the low and intermediate mass stars end their lives at the end of the Asymptotic
Giant Branch (AGB) phase. During this phase, pulsation and radiation pressure on dust
leads to a phase of strong mass loss, during which gas and dust enriched by the products
of the star nucleosynthesis will be ejected. This mass loss is thus crucial for the chemical
enrichment of the interstellar medium (ISM) and therefore for the chemical evolution of
our Galaxy.
An important aspect of the mass-loss process is its geometry, i.e. the density distribution
and the kinematics of the photosphere and the circumstellar envelope of the AGB stars at
different scales and different evolutionary phases. For a better understanding of the
mass-loss history, it is crucial to probe the stellar atmospheres at different spatial scales:
from very deep inside the star up to the interface with the ISM.
High spatial resolution techniques are unique in this context to study the AGB dynamics.
In particular, the MATISSE instrument (https://www.matisse.oca.eu/) will be crucial to
study the dynamics and dust formation in AGB stars. As the LAGRANGE laboratory is part
of the MATISSE consortium, we have access to guaranteed time for observing AGB stars
as well to all the specific support for the data reduction. These observations will be carried
out at the beginning of
MATISSE operations in 2018. The aim is to reconstruct monochromatic images together
with the interferometric observables. The interpretation of the data will be done using
hydrodynamical models (either in 1D and 3D) in terms of intensity contrast, morphology
distribution and temporal variation.
Recent developments have brought a new generation of AGB simulations (paper:
https://arxiv.org/abs/1702.05433, movies:
http://www.astro.uu.se/~bf/movie/AGBmovie.html) and the first comparison with
spectro-interferometric observations has been carried out (Wittkowski, M., A. Chiavassa,
Freytag, B, A&A, https://arxiv.org/abs/1601.02368) and provide the first support to the
presence of shocks in AGBs atmospheres induced by convective motions.
The PhD project is characterised by the use of the latest state-of-the-art numerical
simulations, to develop new numerical tools including more adapted physics, and a unique
set of observational material to improve our understanding and description of AGB stars.
In addition to this, the student will be encouraged to prepare proposals to different
instruments (MATISSE, GRAVITY, NACO, VISIR, SPHERE @
VeryLargeTelescope-Interferometer), this to increase the number of variate information to
constrain the models. This synergy between modelling and observation will be a unique
tool in the stellar community that will strongly help to have a full view on the complicated
AGB dynamics from the inner part of the photosphere to the outer envelope layers.
The PhD thesis will take place at the laboratory Lagrange (Observatory of Nice, France)
with strong interaction with Bernd Freytag (Department of Physics and Astronomy,
Uppsala University, Sweden) and Markus Wittkowski (European Southern Observatory,
ESO, Munich, Germany). The project includes the possibility to spend several long visits at
ESO/Garching and Uppsala University.

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