Sur la modélisation de courbes de lumière et de polarisation de vents d'étoiles massives incluant des régions d'interaction en corotation à l'aide d'un modèle de transfert radiatif Monte Carlo

Abstract

Nous savons maintenant que les vents des étoiles massives incluent des perturbations à grande et à petite échelle. L’une d’elles, appelée région d’interaction en corotation (CIR), se développe à la suite d’une perturbation à la surface de l’étoile. Cette perturbation, comme par exemple une tache stellaire brillante, génère un écoulement de densité et de vitesse différentes qui, sous l’effet de la rotation de l’étoile, interagit avec les zones non perturbées du vent. Ces structures sont supposées être intimement liées à la formation de composantes discrètes d’absorption (DACs) observés dans la partie en absorption des profils P Cygni dans l’UV des étoiles massives, telles que les étoiles de type O ou les étoiles Wolf-Rayet. On croit également que les CIRs mènent à des variations spectroscopiques, photométriques et polarimétriques de ces étoiles. Afin de caractériser ces asymétries, les séries temporelles d’observations photométriques et polarimétriques constituent des outils précieux pour la comparaison avec les modèles. Un modèle de transfert radiatif Monte-Carlo (MCRT) sera employé pour simuler ces structures. Ce modèle 3D utilisera des zones de surdensité sous forme de spirales d’Archimède pour représenter les CIRs liés à une tache brillante à la surface de l’étoile. La diffusion électronique dans le CIR génère de la lumière additionnelle et de la polarisation qui seront modulées par la rotation de l’étoile et dépendent du point de vue de l’observateur. Ce mémoire prolonge les travaux initiaux de Carlos-Leblanc et al. (2019). J’ai développé une large grille de modèles et fait varier un grand nombre de paramètres de l’étoile, du vent et des CIRs. Je présente une analyse des modèles de la grille pour déterminer l’influence de chaque paramètre individuel sur les courbes de lumière et de polarisation. Ce mémoire présentera également une application du modèle à l’étoile O supergéante ζ Puppis, qui présente des variations photométriques et polarimétriques périodiques mais variables selon l’époque. Je présente une modélisation de la courbe photométrique de 160 jours obtenue par le satellite BRITE et initialement publiée par Ramiaramanantsoa et al. (2018) ainsi que de la courbe polarimétrique publiée par Bailey et al. (2024), qu’ils n’ont pas été en mesure de reproduire en utilisant des taches brillantes illuminant un vent sphérique sans CIRs. We now know that the winds of massive stars include both large- and small-scale disturbances. One such disturbance, called a co-rotating interaction region (CIR), develops as a result of a surface perturbation on the star. This perturbation, such as a bright stellar spot, generates a flow with different density and velocity that, under the influence of the star’s rotation, interacts with the undisturbed regions of the wind. These structures are believed to be closely related to the formation of discrete absorption components (DACs) observed in the absorption part of P Cygni profiles in the UV spectra of massive stars, such as O-type stars or Wolf-Rayet stars. CIRs are also thought to lead to spectroscopic, photometric, and polarimetric variability in these stars. In order to characterize these asymmetries, time series of photometric and polarimetric observations are valuable tools for comparison with models. A Monte Carlo radiative transfer (MCRT) model will be used to simulate these structures. This 3D model will use overdensity regions in the form of Archimedean spirals to represent the CIRs associated with a bright spot on the stellar surface. Electron scattering in the CIR generates additional light and polarization that are modulated by the star’s rotation and depend on the observer’s viewpoint. This thesis extends the initial work of Carlos-Leblanc et al. (2019). I have developed a large grid of models and varied a wide range of parameters related to the star, the wind, and the CIRs. I present an analysis of the grid models to determine the influence of each individual parameter on the light and polarization curves. This thesis will also present an application of the model to the O-type supergiant star ζ Puppis, which shows periodic but epoch-dependent photometric and polarimetric variations. I present a modeling of the 160-day photometric curve obtained by the BRITE satellite and initially published by Ramiaramanantsoa et al. (2018), as well as the polarimetric curve published by Bailey et al. (2024), which they were unable to reproduce using bright spots illuminating a spherical wind without CIRs.