Effet du chauffage coronal sur l’évolution magnétorotationelle des étoiles de type solaire

Abstract

La loi de la gyrochronologie Ω ∝ t −1/2 permet d’évaluer l’âge des étoiles en se basant sur leur vitesse de rotation Ω. De récentes observations (van Saders et al., 2016; Metcalfe et al., 2016), faites à l’aide de l’astérosismologie pour les étoiles de type solaire plus âgées que le Soleil, ont montré que plusieurs d’entre elles tournent plus rapidement qu’attendu. Nous introduisons ici une procédure composée de deux modèles et d’une loi de puissance pour reproduire ce bris de la gyrochronologie. Cette procédure utilise un modèle magnétohydrodynamique de vent coronal polytropique, proposé pour la première fois par Weber et Davis (1967), couplé avec un modèle d’évolution de la rotation de MacGregor et Brenner (1991) qui inclut la redistribution du moment cinétique du coeur radiatif vers l’enveloppe convective des étoiles de type solaire lorsque ces dernières perdent du moment cinétique. En première partie, je présente la dérivation et les caractéristiques du modèle de vent WD et du modèle d’évolution de la rotation. Le coeur du travail est un article qui présente les explorations de l’espace des paramètres du modèle WD conjointement avec une analyse du dépôt d’énergie dans la couronne. Ces analyses ont révélé que la perte de moment cinétique dJ/dt n’est pas une fonction monotone de la température et que ni dJ/dt ni la perte de masse dM/dt ne peuvent être exprimées comme une loi de puissance de la température, comme c’est souvent fait dans le cadre de modèles semi-empiriques. Nous avons cependant mis à jour une forte corrélation entre la perte de masse en dM/dt(T,α) et le chauffage volumique S(T,α) en fonction de la température et l’indice polytropique. Nous introduisons également une loi de puissance T/T⊙ = (Ω/Ω⊙) σ , pour que notre modèle d’évolution de la rotation dévie de la loi de la gyrochronologie et nous avons constaté que nous obtenons une diminution de la perte de moment cinétique appréciable pour des σ > 1.2 en accord avec des modélisations semi-empiriques antérieures (Ó Fionnagáin et Vidotto, 2018) qui ont ajusté cette même loi de puissance à des étoiles plus vieilles que le Soleil. Je conclus en résumant nos découvertes et discute de la suite de ce projet de recherche. En annexe sont présentées les dérivations complètes du modèle Weber-Davis, les dérivations des équations de dépôt d’énergie, les dérivations de nos procédures d’adimensionalisation de nos paramètres et de normalisation. In this thesis, I present a simulation framework aiming to explain the breakdown of gyrochronology Ω ∝ t −1/2 , as observed from asteroseismology datation made by van Saders et al. (2016) et Metcalfe et al. (2016), for solar-type stars older than the Sun. This approach combines a magnetohydrodynamic model of polytropic wind, first proposed by Weber et Davis (1967), coupled with a MacGregor et Brenner (1991) model, which incorporates the redistribution of angular momentum between the radiative core and the convective envelope of solar-type stars. In the first part of this thesis, I present a derivation of the characteristics of the WD wind model and the MB angular momentum redistribution model. The core of the work is an article that presents the explorations of the WD model in the (relatively) low coronal temperature limit, along with an analysis of energy deposition in the corona. These analyses reveal that the angular momentum loss dJ/dt is not a monotonic function of temperature, and neither dJ/dt nor the mass loss dM/dt can be expressed as a power law of temperature, as often assumed in semi-empirical rotational evolution models. However, we have identified a strong and physically motivated correlation as a function of temperature and the polytropic index between mass loss dM/dt(T,α) and volumetric heating S(T,α). We also introduce a power law T/T⊙ = (Ω/Ω⊙) σ to force our models to diverge from the gyrochronology law. We obtained a significant reduction in angular momentum loss for σ > 1.2, in agreement with some earlier semi-empirical modelling work (Ó Fionnagáin et Vidotto, 2018). I conclude with a summary of our findings and discuss the continuation of this research project. The appendix presents the complete derivations of the Weber-Davis model, the complete derivation of the equation to calculate the energy deposition in the corona, and the procedures for parameter non-dimensionalization and normalization that I used.