Détermination de masses stellaires par interférométrie et

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Nice Sophia Antipolis
UFR Sciences
Proposition de Sujet de Thèse pour Contrat Doctoral UNS
Adresse e-mail à utiliser pout toute correspondance :
[email protected]
Titre de la thèse
Détermination de masses stellaires par interférométrie et spectroscopie de systèmes
hiérarchiques multiples
Thesis Title
Stellar mass determination by combined spectroscopic and interferometric measurements
of hierarchical multiple systems.
Directeur de Thèse (HDR ou assimilé)
Nom : MOURARD
Prénom : DENIS
Téléphone : 0625665130
Courriel : [email protected]
Laboratoire d'accueil
LAGRANGE
Co-directeur
Nom :
Prénom :
HDR :
Unité de recherche :
Téléphone :
Courriel :
Domaine Scientifique
DS3 - Sciences de la Terre et de l'Univers, Espace

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Nice Sophia Antipolis
UFR Sciences
Description du sujet
Ces dernières années ont apporté de nombreux résultats astrophysiques grâce aux
nouvelles possibilités de l’imagerie à haute résolution angulaire rendue possible par les
réseaux optiques CHARA et VLTI et leurs instruments recombinant de 4 à 6 télescopes.
C’est non seulement une ouverture importante pour le futur de l’interférométrie optique
mais aussi un apport nouveau de programmes scientifiques originaux. Malgré de longs
efforts en physique stellaire observationnelle, notre connaissance actuelle sur les masses
stellaires, et en particulier dans le cas des étoiles chaudes ou hors de la séquence
principale, est toujours très limitée et bien en deçà en précision de ce qui est nécessaire
pour contraindre fortement les modèles d’évolution ou pour étalonner les échelles de
distance. La combinaison nouvelle de l’interférométrie multi télescopes et de la
spectroscopie permet d’obtenir de manière directe et sans modèles ces paramètres
stellaires fondamentaux.
Dans un récent article (Mourard et al. 2015, A&A 577, “Spectral and spatial imaging of
the Be+sdO binary ??Persei”) nous nous sommes servis de l’instrument VEGA en mode 4
télescopes afin d’observer le système complexe ??Persei. Nous avons ainsi démontré
l’efficacité de ce mode observationnel du point de vue de la collecte des données et nous
avons également progressé de manière considérable pour les observations nécessitant une
couverture forte en fréquences spatiales.
Le projet de thèse a pour objectif de tirer profit de ces avancées pour développer un
programme observationnel déjà engagé avec le Professeur Harmanec à Prague sur les
systèmes hiérarchiques multiples afin de déterminer des masses stellaires. Un long
programme d’observation sur ksi Tauri vient d’être terminé et une publication est en
cours. Ce programme a montré l’importance de concentrer les observations à certaines
époques clés et l’augmentation du nombre de fréquences est donc une garantie
supplémentaire importante de succès.
En 2015 nous avons obtenu plusieurs observations du système V1143 Cygni, binaire à
éclipse proche (d=40pc) composée de deux étoiles similaire de la séquence principale de
type spectral F. Ce système présente une forte excentricité (e=0.54) et une période de
7.64 jours. Bien que la période apsidale soit très longue (de l’ordre de 10000 ans), la
configuration du système est très bien adaptée pour étudier le mouvement apsidal, comme
cela a déjà été fait par Gimenez & Margrave (1985). Les caractéristiques du système ont
déjà été publiées par Wilson & Raichur 2008. Certains auteurs (e.g. Albrecht et al. 2007)
ont cependant rapporté des incohérences entre le mouvement apsidal observé et la
théorie. L’étude que nous proposons permet donc également de contraindre les
incertitudes systématiques des différentes techniques observationnelles.
Pour compléter cette première étude nous envisageons également l’objet V2368 Oph (HD
156208) utilisé comme étoile de comparaison photométrique pour la très célébre étoile à
éclipse U Oph. Cette étoile a été classée comme système à éclipse par le satellite
Hipparcos (Perryman & ESA 1997) avec une période estimée de 7.70 jours. La première
étude détaillée de V2368 Oph est celle publiée par Harmanec et al. (2011), indiquant une
période orbitale de 38.3 jours et une excentricité de 0.51. La profondeur des deux éclipses
est d’environ 0.2 magnitudes. Alors que la multiplicité des étoiles A n’est pas inhabituelle
(69±7% selon De Rosa et al. 2014), ce système est composé de deux étoiles A qui ont
évolué hors de la séquence principale. Ce système fournit donc une opportunité d’étudier
l’évolution différentielle d’étoiles A grâce à la détermination des masses. Combiner une
orbite spectroscopique, astrométrique et photométrique nous donnera donc les clés de
cette question.

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Description of the thesis
These last years have brought an increasing number of astrophysical results using the
impressive capabilities of high angular resolution imaging permitted by the modern optical
arrays (CHARA, VLTI) and instruments combining from 4 to 6 telescopes. It opens not only
the road for the long term future of optical interferometry but generates new scientific
opportunities on the current facilities. In spite of a long-term effort of many stellar
astronomers, the current knowledge of accurate masses, radii and radiative parameters of
especially hotter stars and stars away from the main sequence is still less accurate than
what would be needed for really detailed tests of the stellar evolutionary models or a
calibration of the distance scale. The optical interferometry and spectro-interferometry
offers a new means to improve the situation, allowing deriving some basic physical
properties quite independently of the spectroscopic and photometric methods.
In a recent paper (Mourard et al., (2015), A&A 577, “Spectral and spatial imaging of the
Be+sdO binary ??Persei”) we have used the VEGA instrument in 4-telescope mode to
observe the complex system of ? Per. This has proven to be very efficient in terms of data
collection and the paradigm of limited (u,v) coverage has been broken.
The thesis project is to take benefit of these recent progresses to boost one of the engaged
observing program with Professor Harmanec in Praha on hierarchical systems for
accurate stellar parameters determination. Long term observations of ksi Tauri are now
finished and a paper will be published soon. This program has shown that we need
observations at various epochs of course but that it is much more efficient to collect the
maximum of constraints at a given epoch. Thus 4T mode will be perfect for that as it will
permit to collect enough data at a given epoch to strongly constrain our model fitting
tools.
In 2015 we secured observations of V1143 Cygni which is a nearby (d ? 40 pc) eclipsing
pair of similar F-type main-sequence stars and strongly eccentric (e ? 0.54) orbit with
7.64-day period. Although the apsidal period is long (of the order of 104 yr), the
configuration is good for apsidal motion studies. The apsidal motion has been thoroughly
studied by Gimenez & Margrave (1985) and absolute dimensions of the orbit and
components of the binary were published by Andersen et al. (1987), which are not so
different from those published by Wilson & Raichur 2008. Some authors (e.g. Albrecht et
al. 2007) reported discrepancy between the theoretical and the observed apsidal motion.
Moreover, this
nearby system can also serve as a verification of our combined methods (photometric +
spectroscopic + interferometric) for an independent estimate of systematic uncertainties.
In complement to this first object, we consider also investigating the case of V2368 Oph
(HD 156208) that was used as one of comparison stars in photometric observations of the
well-known eclipsing binary U Oph. Perryman & ESA (1997) reported that is also an
eclipsing binary, suggesting a tentative period of 7.70 d. The first detailed study of this
binary, now known as V2368 Oph, was published by Harmanec et al. (2011). They found
the true orbital period of 38.3 d and an eccentric orbit with e = 0.51 and derived also
orbital elements for both binary components. Both stellar eclipses of about 0.2 mag. deep
are observed. While the multiplicity of A-type stars is not unusual as it may reach 69±7%
(De Rosa et al. 2014), this particular eclipsing binary is composed of two A stars which
have both evolved away from the main sequence. We thus think V2368~Oph offers a
unique opportunity to study a `differential' evolution of A-type stars, once the masses of
both components will be determined with sufficient precision. A combined astrometric,
orbital and light-curve solution could help to achieve this goal.

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Informations complémentaires
Ce projet bénéficiera de la longue collaboration très active avec le Professeur Harmanec
en République Tchèque et s'appuiera sur les observations existantes et à venir avec
l'interféromètre CHARA.
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