Thesis Résonances et multipériodicité des céphéides et des hypergéantes KIENZLE, Francesco Abstract L'étude des oscillations stellaires fournit des tests observationnels importants dans des domaines très divers de l'astrophysique. Les oscillations d'étoiles de type solaire permettent de connaître en détail la structure interne de ces objets, alors que les fortes pulsations des étoiles de type céphéide fournissent un outil pour mesurer les distances cosmologiques. Cette thèse aborde divers aspects concernant la pulsation des céphéides. Nous montrerons à l'aide de modèles comment la composition chimique, variable d'une galaxie à l'autre, influence la pulsation de ces étoiles et quel en est l'effet sur les grandeurs observées. Les résonances entre les modes propres d'oscillations de l'étoile sont primordiales dans les céphéides. Nous montrerons comment les utiliser pour obtenir de nouvelles contraintes sur les paramètres stellaires. Enfin, nous aborderons le problème des oscillations multipériodiques dans les céphéides à l'aide de modèles hydrodynamiques et nous étudierons en détail l'instabilité quasipériodique d'une hypergéante galactique. Reference KIENZLE, Francesco. Résonances et multipériodicité des céphéides et des hypergéantes. Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2000, no. Sc. 3180 DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:87826 Available at: http://archive-ouverte.unige.ch/unige:87826 Disclaimer: layout of this document may differ from the published version. 1 / 1 UNIVERSITE DE GENEVE FACULTE DES SCIENCES Departement dastronomie Professeur G Burki Resonances et multiperiodicite des cepheides et des hypergeantes THESE presentee a la Faculte des sciences de lUniversite de Geneve p our obtenir le grade de Do cteur es sciences mention astronomie et astrophysique par Francesco KIENZLE de la Republique Federale dAllemagne o These N GENEVE Atelier de repro duction de la Section de Physique Cette these a fait lob jet des publications suivantes Kienzle F Moskalik P Bersier D Pont F Structural properties of sCepheid velocity curves Constraining the location of the re sonanceAA Kienzle F Burki G Burnet M Meynet G The pulsating yel low supergiant V Centauri AA Fokin A Kienzle F Burki G Nonlinear Radiative DoubleMode Cepheid Models soumis a AA Kienzle F Pont F Moskalik P Bersier D Structural Properties of sCepheid Velocity Curves Constraining the Location of the Resonance dans The Impact of LargeScale Surveys on Pulsating Star Research IAU Coll ASP Conf Series Vol Ed L Szabados et D Kurtz p Burki G Kienzle F LongTerm HighPrecision Monitoring from the Geneva Pho tometric Database dans The Impact of LargeScale Surveys on Pulsating Star Research IAU Coll ASP Conf Series Vol Ed L Szabados et D Kurtz p Fokin A Kienzle F Burki G Nonlinear Radiative DoubleMode Cepheid Models dans The Impact of LargeScale Surveys on Pulsating Star Research IAU Coll ASP Conf Series Vol Ed L Szabados et D Kurtz p Kienzle F Pont F Bersier D Moskalik P Do Overtone Cepheids Exhibit a Resonance Eect at Days in Their Radial Velocity Curve dans A Half Century of Stellar Pulsation Interpretation A Tribute to Arthur N Cox ASP Conf Series Vol Ed PA Bradley et JA Guzik p Burki G Kienzle F On the Variability of Supergiant Stars dans Astrophysical applications of stellar pulsation IAU Coll ASP Conf Series Vol Ed RS Stobie et PA Whitelo ck p Remerciements La these est un travail de longue haleine qui necessite un milieu scientique et humain stimulant p our ab outir Je tiens a remercier toutes les p ersonnes qui par leurs conseils et leurs discussions ont entretenu en moi la curiosite scientique et tout particulierement Mon directeur de these G Burki p our sa grande disp onibilite et sa patience A Fokin p our mavoir initie aux mo deles hydrodynamiques et aux calculs numeriques P Moskalik avec qui jai eu un immense plaisir a collab orer et qui ma enormement apris sur les Cepheides M Mayor p our mavoir genereusement attribue du temps dobservation sur CORAVEL et CORALIE et D Pfenniger p our mavoir fournit lacces a sa ferme de PC F Pont et D Bersier p our mavoir asso cie a leur recherche sur les Cepheides des le debut de ma these La these se nourrit aussi des experiences humaines vecues au cours de ces annees A cet egard je remercie tous les dipomants assistants et p ostdo c que jai cotoyes et en particulier Mes compagnons de these M Freitag C Melo L Jolissaint N Santos F Carrier Y Deb ernardi D Erspamer M Pindao D Hub ert R Behrend Lequipe de fo ot du mercredi Toute lequipe des secretaires administrateurs et le p ersonnel technique de lobservatoire Un tres grand merci a mes pro ches MariaNovella Werner Marco MariaRosa et Bernard Mais avant tout merci Marcella merci Saskia Table des matieres Introduction I Pulsation stellaire Pulsation stellaire Introduction Caracteristiques observationnelles des Cephei Developpements theoriques II Resonances Cepheides et resonances Progression de Hertzsprung Parametres de Fourier Progression de Hertzsprung contrainte sur les mo deles Position de la resonance P 4 Resonance a P jours dans P 1 les cepheides de type S P 4 Mo deles et p osition de la resonance P 1 Autres resonances Cepheides a doublemo de resonance et echelle des distances III Cepheides et mo deles hydrodynamiques Simulations hydrodynamiques Introduction Observations Mo deles hydrodynamiques Comparaison des mo deles galactiques aux observations Cepheides a doublemo des Annexes IV Variabilite des Sup ergeantes Variabilite des Sup ergeantes Variabilite des etoiles massives Series temp orelles Transformee de Fourier discrete echantillonnage regulier Bruit et test statistique Echantillonnage irregulier Analyse multifrequence CLEAN et CLEANEST Ondelettes Conclusions et p ersp ectives Introduction Ce qui nous rend ces solutions perio diques si precieuses cest quel les sont pour ainsi dire la seule breche par o u nous puissions essayer de penetrer dans une place jusquici reputee inabordable Henri Poincarre Notre comprehension de lunivers rep ose en grande partie sur la connaisance de la struc ture interne et de levolution des etoiles Que lon veuille mesurer lage de lunivers par lintermediaire des naines blanches ou estimer lenrichissement chimique des galaxies par la nucleosynthese des etoiles massives il faut p ouvoir tester les mo deles stellaires theoriques Pour confronter les mo deles aux observations nous ne disp osons essentiellement que des photons qui sechappent des couches externes de letoile Lanalyse du sp ectre elec tromagnetique photometrie ou sp ectroscopie nous p ermet de connatre les conditions physiques regnant a la surface de letoile telles que la gravite ou la temperature A partir de ces grandeurs et grace aux equations decrivant la structure stellaire on p eut deduire les conditions physiques regnant a linterieur des etoiles La mesure des parametres stellaires a partir du sp ectre electromagnetique se heurte a plusieurs dicultes Dab ord dun p oint de vue pratique la sp ectroscopie en diractant la lumiere necessite b eaucoup de photons elle se limite donc aux etoiles les plus lumineuses La photometrie quand a elle si elle p ermet dobserver des ob jets extremement faibles est soumise a lextinction interstellaire qui rougit les couleurs observees Il faut alors p ouvoir quantier cet eet p our remonter aux couleurs originales Mais avant tout ces appro ches rep osent sur notre capacite a mo deliser le transfert du rayonnement a travers les couches externes de letoile La contrainte sur les mo deles de structure interne se fait donc par lintermediaire des mo deles datmosphere stellaire On p eut contourner la plupart de ces problemes en observant les oscillations dune etoile autour de son etat dequilibre Letude de la stabilite des mo deles stellaires hydro statiques montre que des ondes de pression ou des ondes de gravite vagues p euvent parcourir les etoiles Les frequences doscillation qui se propagent a travers letoile et leurs longueurs donde sont tres sensibles aux conditions physiques pression temperature com p osition chimique des milieux traverses Ces ondes font osciller la surface stellaire et p er turb ent les observables ce qui rend letoile variable Les courb es de lumiere ou de vitesse radiale contiennent les frequences propres doscillation de letoile elles reetent donc la structure interne Lautre avantage tres imp ortant de lastrosismologie est que le contenu en frequence du signal photometrique nest pas altere par lextinction interstellaire ce qui rend la mesure tres robuste les neutrinos les rayons cosmiques ou les ondes gravitationnelles sont dautres vecteurs dinforma tion mais jusqua present limmense ma jorite des observations concernent le rayonnement electromagne tique Les resultats les plus impressionnants de la sismologie stellaire sont issus des mesures des oscillations solaires Les mouvements observes sur lensemble du disque solaire ont p ermis de sonder sa rotation