Étude et quantification des effets de rétroaction des étoiles massives sur les lois de formation stellaire // Quantifying the effect of early radiative feedback from high-mass stars on star formation

Les étoiles massives de type O et B (M∗ ≥ 8 M⊙) ont un impact profond sur leur milieu environnant tout au long de leur vie grâce à leur rayonnement et à leur vent. Les images récentes du JWST-MIRI de galaxies proches, comme celle de la galaxie Phantom (NGC 628)[1], montrent à quel point cet impact est important. Cependant, malgré des programmes d'observation dédiés, on en sait peu sur la physique de cette rétroaction et son évolution en fonction du temps et des conditions physiques du milieu où se produit la formation stellaire. En particulier, l'impact que cette rétroaction pourrait avoir sur les propriétés des étoiles fait l'objet d'un vif débat. Cet impact est-il constructif (favorisant ou accélérant la formation de nouvelles étoiles) ou destructeur (dispersant le gaz et stoppant la formation d'étoiles) ? Les simulations numériques tendent à conclure que cette rétroaction est destructrice[2,3], tandis que les observations indiquent le contraire, favorisant même la formation d'une nouvelle génération d'étoiles de grande masse observées aux limites des régions ionisées (H II) formées par des étoiles de grande masse[4,5].
L'objectif de cette thèse est de quantifier l'effet de la rétroaction des étoiles de grande masse en utilisant les résultats de simulations numériques dédiées combinées à des observations multi-longueurs d'onde et multi-échelles. Il est essentiel de comprendre l'importance de la rétroaction sur le milieu moléculaire dans les galaxies, car elle a un impact considérable sur la manière dont le gaz sera converti en étoiles. Cela détermine les lois de formation stellaire, telles que la loi de Kennicutt-Schmitt[6], qui est un élément clé de l'évolution des galaxies.
La première partie du doctorat consistera à déterminer l'impact des conditions physiques (turbulence, champ magnétique, densité, température) sur la rétroaction des étoiles de grande masse. Différentes morphologies de régions H II (telles que les régions H II compactes, les régions H II bipolaires, les systèmes hub-filament) seront étudiées en détail. En particulier, les propriétés de leur environnement associé seront analysées.
La deuxième partie du doctorat consistera à suivre l'évolution temporelle de la rétroaction, depuis les stades les plus compacts de leur évolution jusqu'à l'impact des régions étendues et diffuses. Cette échelle de temps d'évolution est également mal connue et il est important de la contraindre car elle est directement liée à l'échelle de temps du processus de formation stellaire.
Toutes les données nécessaires à ce travail de doctorat sont disponibles dans des archives ouvertes et grâce à un accès privilégié à de grands programmes (tels que le programme ALMA ATOMS[7]) grâce à nos collaborations internationales en cours. Nous utiliserons des données d'observation du plan galactique qui sondent le contenu stellaire des régions H II (optique, proche infrarouge), le contenu en jeunes objets stellaires (du proche infrarouge au domaine millimétrique), à la fois en imagerie et en spectroscopie. La dynamique du gaz sera étudiée à l'aide de la spectroscopie, à la fois dans l'optique (pour le gaz ionisé) et dans le millimétrique (pour le gaz moléculaire).
Les résultats des simulations numériques dédiées sont disponibles grâce à la collaboration en cours avec P. Hennebelle (CEA, Saclay) sur les simulations de rétroaction radiative des étoiles massives.
Le principal résultat de ce travail de thèse sera la première quantification du retour radiatif et du vent des étoiles de grande masse en fonction des conditions physiques qui prévalent dans le milieu environnant et en fonction du temps à différentes échelles spatiales allant du milli-parsec à l'échelle > 10 pc. Cela nous permettra de combler le fossé entre notre compréhension du processus de rétroaction à partir de la formation stellaire résolue observée dans notre galaxie et la résolution à l'échelle de ~30-50 pc obtenue dans les galaxies proches avec le télescope James Webb[1].
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Massive O and B stars (M∗ ≥ 8 M⊙) have a profound impact on their surrounding medium all along their life through their radiation and wind. Recent JWST-MIRI images of nearby galaxies, like that of the Phantom galaxy (NGC 628)[1], show how important this impact is in shaping the surrounding molecular medium. However, despite dedicated observation programs, little is known on the physics of this feedback and its evolution as a function of time and physical conditions of the medium where star formation occurs. In particular, the impact this feedback might have on star properties is highly debated. Is this impact constructive (favoring or accelerating the formation of new stars) or destructive (dispersing the gas and halt further star formation)? Numerical simulations tend to conclude that this feedback is destructive[2,3] while observations indicate the opposite, even favoring the formation of a new generation of high-mass stars observed at the edges of ionized (H II) regions formed by high-mass stars[4,5].

The aim of this PhD is to quantify the effect of feedback from high-mass stars by using results of dedicated numerical simulations combined with multi-wavelength and multi-scale observations. Understanding the importance of feedback on the molecular medium in galaxies is of key importance because it strongly impacts the way the gas will be converted into stars. This drives the star forming laws, such as the Kennicutt-Schmitt law[6] that is a key ingredient of galaxy evolution models.

The first part of the PhD will consist in determining the way the physical conditions (turbulence, magnetic field, density, temperature) impacts the feedback from high-mass stars. Different H II region morphologies (such as compact H II regions, bipolar H II regions, hub-filament systems) will be studied in details. In particular, the properties of their associated environment will be analyzed.
The second part of the PhD will consist in following the time evolution of the feedback, from the most compact stages of their evolution up to the impact of large and diffuse regions. This evolution timescale is also poorly known and is important to constraint because it is directly linked to the star formation process timescale.
All the data needed for this PhD work are available through open archives and privileged access to large programs (such as the ALMA ATOMS[7] program) thanks to our ongoing international collaborations. We will use observational data of the Galactic plane that probe the stellar content of H II regions (optical, near infrared), the young stellar object content (from the near infrared to the millimeter domain), both in imaging and spectroscopy. The dynamics of the gas will be studied using spectroscopy, both in the optical (for the ionized gas) and in the millimeter (for the molecular gas).
Results of the dedicated numerical simulations will be available from the PhD work of P. Suin (defense in September 2025) and the ongoing collaboration with P. Hennebelle (CEA, Saclay) on numerical simulations of radiative feedback from high-mass stars.
The main output of this PhD work will be the first quantification of the radiative and wind feedback from high-mass stars as a function of the physical conditions that prevail in the surrounding medium and as a function of time on different spatial scales ranging from the milli-parsec to the > 10 pc scale. This will allow us to bridge the gap between our understanding of the feedback process using the resolved star formation observed in our Galaxy to the ~30-50 pc scale resolution obtained in nearby galaxies with the James Webb Telescope[1].
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://people.lam.fr/zavagno.annie

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Aix Marseille Université

352 Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière

- connaissance en formation stellaire, milieu interstellaire - manipulation de données astrophysiques - connaissance et analyse de données spectroscopiques serait un plus - connaissance en simulations numériques serait un plus
- Knowledge of stellar formation and the interstellar medium - Handling astrophysical data - Knowledge and analysis of spectroscopic data would be a plus - Knowledge of numerical simulations would be a plus