Thèse Cartographie de la Structure Interne des Naines Blanches par Astérosismologie H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace Laboratoire de recherche : IRAP - Institut de Recherche en Astrophysique et Planetologie Direction de la thèse : Stéphane CHARPINET ORCID 0000000260186180 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-02T23:59:59 Les naines blanches constituent le stade final de l'évolution pour la grande majorité des étoiles dans l'univers, celles dont la masse initiale
est insuffisante pour ultimement initier la fusion du carbone et de l'oxygène dans le noyau. Privées de source d'énergie, leur évolution est
dictée par un lent refroidissement qui s'étale sur plusieurs milliards d'années et dont le détail dépend de processus physiques variés (e.g.,
la cristallisation; Saumon et al. 2023), qui eux même dépendent de la composition et stratification chimique interne de l'étoile. Cette
dernière demeure mal connue, car issue de phases antérieures de l'évolution stellaire (brûlage de l'hélium dans le coeur, post-AGB), elles
aussi sujettes à d'importantes incertitudes.
Au cours de leur refroidissement, les naines blanches traversent plusieurs bandes d'instabilités ou elles développent des oscillations sous
la forme d'ondes de gravité (modes g). Ces derniers se propagent plus ou moins profondément dans l'étoile (Fontaine & Brassard 2008) et
offrent l'opportunité de sonder par astérosismologie les régions internes. Dans ce contexte ou la stratification chimique des naines
blanches est très incertaine, la sismologie apparait donc comme un moyen privilégié pour extraire des informations importantes sur les
profils réels de composition dans ces étoiles.
La sismologie des naines blanches se développe depuis plus de 25 ans autour de différentes approches (voir Giammichele et al. 2017a
pour une discussion critique des méthodes employées). L'approche privilégiée dans l'équipe s'appuie sur des modèles statiques avec une
stratification chimique paramétrisable (Giammichele et al. 2017ab) permettant par des techniques d'optimisation de contraindre la structure
interne de la naine blanche à partir de son spectre de périodes de pulsation. Cette stratégie a conduit aux premières contraintes sur la
stratification du coeur pour une poignée de naines blanches (Giammichele et al. 2016, 2018, 2022; Charpinet et al. 2019), en mettant en
lumière des différences significatives avec les profils de composition prédits par les modèles standards d'évolution stellaire. Ces résultats
s'opposent ainsi aux méthodes d'analyse sismique d'autres groupes basées sur des grilles de modèles évolutifs, qui par construction
considèrent une stratification unique pour le coeur de l'étoile déterminée par le calcul (e.g., Romero et al. 2025), sans tenir compte des
incertitudes la concernant.
Dans cette thèse de doctorat, l'étudiant ou l'étudiante reprendra les travaux engagés dans l'équipe sur la sismologie des naines blanches
dans la continuité de Giammichele et al. (2022). Il s'agira notamment d'étendre l'analyse sur un plus grand nombre de naines blanches
pulsantes, en exploitant en particulier les données sismiques accumulées par le satellite TESS de la NASA. Dans ce contexte une
nouvelle approche intermédiaire aux méthodes basées sur les grilles de modèles évolutifs et à la méthode peu contrainte de Giammichele
et al. (2017a) sera développée en considérant l'optimisation de variations aux profils de composition chimique prédits par les calculs
d'évolution plutôt que les profils plus libres utilisés jusqu'à présent. Par ailleurs, l'impact de différentes sources d'incertitudes dans la
physique des modèles (opacités, équation d'état, effets négligés de la Relativité Générale, etc) sera évalué à travers des exercices 'Hare &
Hounds' (optimisations à partir d'observations simulées). L'objectif final sera d'extraire, de manière systématique et robuste, des
contraintes quantitatives fortes sur la stratification interne des naines blanches pour un plus grand nombre d'objets. Des contraintes sur la
fraction de cristallisation pourront également être obtenues pour quelques cas d'étoiles naines blanches pulsantes massives. La sismologie des étoiles naines blanches s'appuie sur les données photométriques d'instruments spatiaux acquises par le passé (Mission KEPLER/K2), en cours d'opération (TESS) et sur le point d'être lancé (PLATO). L'accès aux données est donc privilégié. La modélisation est du ressort de l'expertise interne de notre équipe et s'appuie sur des outils numériques éprouvés. Astérosismologie des étoiles naines blanches.
Détermination de leur stratification interne Pour l'étudiant ou l'étudiante, il s'agira dans un premier temps de se familiariser avec le contexte astrophysique qui motive ce projet, puis
d'apprivoiser les outils numériques permettant de faire l'analyse sismique des étoiles naines blanches (code d'analyse des données et
d'extraction de fréquences, codes de structure stellaire, code pulsation, code d'optimisation globale; cf Giammichele et al. 2016, 2017).
Avec la maitrise de ces outils, il ou elle pourra s'engager dans 1/ l'identification des meilleurs cibles à analyser, 2/ l'élaboration et la mise
en oeuvre de la nouvelle stratégie d'analyse sismique, 3/ la synthèse et l'interprétation des résultats dans un contexte plus large
d'évolution stellaire. La thèse sera donc principalement tournée vers la modélisation, mais en lien avec les observations et avec une
composante d'analyse de données (de photométrie rapide obtenues par TESS).