La Recherche à l'Institut d'Astronomie et d'Astrophysique


Nos sujets de recherche portent sur divers domaines, parmi lesquels la nucléosynthèse, l'astrophysique nucléaire, l'évolution stellaire et la composition chimique, les étoiles binaires, les étoiles à neutrons ...




Présentation

L'Institut d'Astronomie et d'Astrophysique (IAA) a connu un développement assez remarquable au cours des deux dernières décennies. L'Institut est actuellement composé d'un professeur titulaire, de 5 chercheurs qualifiés permanents du FNRS, de neuf boursiers postdoctoraux provenant de divers pays (Belgique, France, Japon, Royaume-Uni), et deux étudiants en thèse. Les membres du personnel de l'IAA donnent cours sur des matières couvrant un large éventail de sujets allant de l'introduction à l'astronomie à des sujets plus spécialisés.

Au fil des ans, une stratégie de recherche cohérente a été développée dans le domaine de la physique stellaire. Il s'agit d'études observationnelles (composition chimique des étoiles géantes, propriétés d'étoiles binaires, tomographie des atmosphères stellaires) qui utilisent les grands télescopes de l'ESO. Ces observations sont complétées et appuyées par des études théoriques de transfert de masse dans les systèmes binaires, de l'évolution stellaire standard et non-standard (y compris la modélisation hydrodynamique de la combustion nucléaire pour l'application à certaines supernovae thermonucléaires) et de l'astrophysique nucléaire (un domaine dans lequel l'IAA a longtemps été reconnu comme un centre d'excellence international), y compris la théorie de la nucléosynthèse. Plus récemment, l'IAA a entrepris des recherches sur les résidus compacts de l'évolution stellaire d'étoiles massives: les étoiles à neutrons.

Projets

Cette recherche cohérente a été officialisée par une Action de Recherche Concertée (ARC) couvrant la période 2008-2012 : Heavy elements in the universe: stellar evolution, nucleosynthesis and abundance determinations.

Grâce à la forte implication de l'IAA dans la préparation de la mission Gaia de l'ESA, l'astrométrie est désormais une composante de recherche active à l'Institut, notamment grâce à son implication dans la Coordination Unit 4 (Traitement des objets non simples) du consortium GAIA (Gaia Data Processing and Analysis Consortium) et dans le réseau Gaia research for European Astronomy Training GREAT de la European Space Foundation. Précédemment, l'IAA était impliqué dans le réseau européen Marie Curie (Marie Curie Research Training Network European Leadership in Space Astrometry ELSA). En plus des sujets spécifiques à Gaia, cette préparation comprend également le traitement des données intermédiaires Hipparcos et une collaboration au Sloan Digital Sky Survey.

L'actualisation régulière du 9ème Catalogue d'orbites des binaires spectroscopiques est également réalisée à l'IAA.

Des collaborations plus ou moins larges au niveau national et international ont été mises en place couvrant tous les thèmes de recherche de l'IAA. L'Institut est également membre du consortium HERMES qui gère le spectographe à haute résolution sur le télescope Mercator de l'Observatoire Roque de los Muchachos (à La Palma).

L'Institut d'Astronomie et d'Astrophysique est également impliqué dans d'autres programmes de recherche traitant de

  • STAREVOL : le code d'évolution stellaire utilisé à Montpellier et aussi à l'observatiore de Geneve
  • BINSTAR : le code d'évolution stellaire des étoiles binaires developé à l'ULB
  • Le réseau CompStar de la Fondation Européenne pour la Science orienté sur les objets compacts tels que les étoiles à neutrons
  • MESS : Mass-Loss of Evolved Stars, un programme clé donnant accès à du temps garantit sur l'observatoire spatial Herschel
  • Le consortium HERMES exploitant le spectrographe HERMES sur le télescope Mercator (KULeuven) à l'Observatoire Roque de los Muchachos (La Palma, Iles Canaries).

Recherche

En résumé ...

La recherche menée à l'IAA met l'accent sur les étoiles et la nucléosynthèse, tant sur le plan théorique que sur le plan observationnel (voir résumé ICI). Les domaines de recherche abordés à l'IAA sont les suivants:

  • L'astrophysique nucléaire: calculs de données nucléaires d'intérêt astrophysique.
  • Objets compacts: étude des propriétés de la matière dans des environnements astrophysiques extrêmes (étoiles à neutrons, coeur des supernovae)
  • L'évolution stellaire : nous developpons et utilisons nos codes d'évolution stellaire STAREVOL pour les étoiles simples et BINSTAR pour les étoiles binaires en vue d’étudier les divers aspects de l'évolution et de la nucléosynthèse des étoiles sur une large gamme de masses, de compositions chimiques et de stades d'évolution. Notre recherche se focalise sur l’étude (avec des outils hydrodynamiques dans certains cas) des mélanges induits par la rotation et de la nucléosynthèse associée.
  • La spectroscopie à haute résolution, les déterminations d’abondance et la théorie de la nucléosynthèse stellaire :
    • abondances dans les étoiles géantes rouges chimiquement particulières (étoiles Ba, S, C ).
    • suivi en vitesse radiale des étoiles Ba et S.
    • étude détaillée de l'échantillon des étoiles S de Henize.
    • la tomographie de l'enveloppe des étoiles Mira: des spectres synthétiques sont utilisés pour construire des masques sondant différentes profondeurs de l’atmosphère des étoiles Mira. La propagation de l'onde de choc à travers la photosphère est étudiée via l'évolution temporelle et spatiale du profil des fonctions de corrélation du masque avec les spectres observés.
  • Préparation de la mission Gaia: traitement des objets non-simples (étoiles binaires, étoiles avec taches, exoplanètes). Des vidéos décrivant la mission Gaia sont consultables sur ce site.
  • La Cinématique du voisinage solaire telle que révelée par les données du satellite Hipparcos.

... et en détails

L'équipe possède une vaste expertise dans l'étude de la nucléosynthèse des éléments plus lourds que le fer via les processus dits s, r et p. Ces études sont réalisées sur base d’approches paramétriques ainsi qu’au travers de modèles d'évolution stellaire uni- et multi-dimensionnels. Les aspects nucléaires et astrophysiques de ces trois processus de nucléosynthèse appelés à expliquer l'origine des éléments plus lourds que le fer dans l'Univers sont centraux dans les recherches effectuées à l'IAA.

En ce qui concerne les aspects nucléaires, l'IAA a développé au cours des années une vaste bibliothèque de données nucléaires d'intérêt astrophysique qui est mise à la disposition de la communauté scientifique. Cette bibliothèque est appelée BRUSLIB (BRUSsels LIBrary).La version publique actuelle comprend les réactions thermonucléaires (captures de proton, neutron et particule alpha, photodésintégrations) calculées dans le cadre de l'approximation statistique Hauser-Fesbach et du modèle de capture directe. Divers ingrédients nécessaires au calcul du taux de réaction (masses, barrière de fission, densités de niveau nucléaire, fonctions de résistance gamma et fonctions de partition) sont également fournis en plus de la vitesse de réaction. Cette bibliothèque présente la caractéristique unique d'être basée autant que possible sur un ensemble cohérent de données microscopiques de physique nucléaire afin de répondre au mieux aux besoins exigeants de la nucléosynthèse.

Sur le plan astrophysique, l’étude de l'évolution stellaire est un thème de recherche majeur. L’IAA utilise le code d'évolution stellaire hydrodynamique « STAREVOL ». Il a été conçu pour suivre l'évolution structurale et chimique des étoiles dans la gamme de masses 0,1 à 60 masses solaires et ce, à partir de la pré-séquence principale jusqu'à la fin de la combustion du Ne. Il contient des mises à jour de la physique interne en terme de taux de réactions nucléaires, de taux de perte de neutrinos et d’opacités radiatives et également en terme de traitement de l'accrétion, d’ondes de choc, du transport de moment angulaire, de diffusion atomique, et de mélange semi-convectif et thermohaline. Ce code a récemment été complètement modifié pour gérer l'évolution simultanée des deux composants d'un système binaire.

L’observation constitue le troisième thème majeur de la recherche à l'IAA. Les prévisions de l'évolution stellaire mentionnées ci-dessus et les modèles de nucléosynthèse sont comparés aux données observationnelles obtenues au moyen du Very Large Telescope de l'ESO ou du spectrographe HERMES installé à La Palma (Iles Canaries) par un consortium impliquant l’IAA (consortium HERMES). Les cibles observées avec HERMES comprennent les étoiles déficientes en métaux (pour les déterminations d'abondance et la confrontation avec les prédictions des modèles de nucléosynthèse dans la Galaxie jeune) et les étoiles binaires de toutes sortes (pour la détermination de l'orbite et les abondances chimiques résultant du transfert de masse au sein du système binaire). L'équipe utilise les modèles MARCS pour le calcul des atmosphères et des spectres synthétiques des étoiles froides et des abondances associées.

L’astrométrie spatiale est désormais une composante de recherche active à l'IAA, du fait du leadership de la « Coordination Unit 4 » (traitement des objets non-simples) au sein du consortium Gaia de traitement des données (DPAC). Le leadership du goupe CU4/DPAC a été attribué à l'IAA en raison de son expertise reconnue dans le domaine des étoiles binaires. Le travail fourni par DPAC/CU4 à l’IAA comprend la modélisation entièrement automatique de courbes de lumière de variables à éclipses. Dans ce cadre, un suivi des asymétries dans la brillance de surface des étoiles géantes est effectué avec l’interféromètre VISA / VLTI de l'ESO. De même, la commission des vitesses radiales de l'Union astronomique internationale a donné mandat à l'IAA pour mettre à jour et maintenir le 9ème catalogue des orbites de binaires spectroscopiques.



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