Caractérisation des champs magnétiques et des flots d'accrétion dans le système binaire SB2 jeune V380 Ori // Caracterising the magnetic fields and accretion flows in the young SB2 binary system V380 Ori

La formation des étoiles et de leurs planètes est un champ de recherche intense. L'accrétion magnétosphérique est un processus clé dans l'évolution du système disque-(planète)-étoile. C'est un processus qui entraîne de la matière depuis le bord interne du disque jusque sur la surface des étoiles en la conduisant par les lignes de champ magnétique de l'étoile. Ce processus provoque un choc produisant un rayonnement énergétique et intense. Pour comprendre ces phénomènes, nous avons besoin d'étudier les champs magnétiques et les flots d'accrétion des étoiles jeunes, et de les modéliser. Notre équipe ODYSSey au sein de l'IPAG est très active dans ce domaine et s'est principalement spécialisée sur l'étude des étoiles seules jusqu'à présent.

La majorité des étoiles ne naissent pas seules et vont former des systèmes binaires. Dans le cas des binaires proches (séparées de quelques fractions d'unité astronomique), comme V380 Ori, nous nous attendons à ce que les processus d'accrétion sur les étoiles soient modifiés. Les magnétosphères des deux étoiles peuvent aussi interagir quand les deux étoiles se rapprochent, augmentant ainsi les flux énergétiques impactant le disque proto-planétaire, et donc la formation planétaire.

A ce jour, très peu d'études de champ magnétique et de flots d'accrétion dans des systèmes binaires ont été effectuées. Toutes ont été réalisées à partir de données photométriques et spectropolarimétriques, mais jamais combinées avec de l'interférométrie optique longue-baseline permettant de résoudre spatialement les régions les plus internes de ces systèmes (< 1 unité astronomique). Nous avons obtenu un jeu de données unique d'un système binaire jeune que nous avons observé avec deux spectropolarimètres, ESPaDOnS et SPIRou, et l'interféromètre GRAVITY, quasi-simultanément. Dans cette thèse, nous proposons d'étudier les données spectropolarimétriques de ce système, qui s'appelle V380 Ori. L'analyse des données ESPaDOnS et SPIRou permettra de caractériser certaines propriétés stellaires et orbitales des deux étoiles (température effective, gravité de surface, vitesses de rotation stellaire, période orbitale, excentricité de l'orbite), et de cartographier leurs champs magnétiques. Dans un deuxième temps, l'étude des raies d'accrétion (He I à 1 micron, et les raies d'hydrogène Pa Beta, Br Gamma), combinée à l'étude des raies atomiques formées à la surface de l'étoile nous permettra d'identifier si les deux étoiles accrètent, et si oui, à quel rythme. Cette étude permettra aussi de déterminer si l'accrétion sur les étoiles est magnétosphérique, ou si elle se produit différemment. En parallèle, l'étude des données interférométriques GRAVITY portée par K. Perraut, nous permettra, non seulement, de caractériser entièrement l'orbite de la binaire (en particulier son inclinaison), mais aussi de contraindre la géométrie et l'extension d'un ou plusieurs disques (circumstellaire(s) ou circumbinaire), et potentiellement la position des flots d'accrétion par rapport aux étoiles. Les contraintes observationnelles obtenues pourront être confrontées à des simulations numériques, en collaboration avec N. Cuello de l'équipe ODYSSey à l'IPAG.

Cette thèse ouvrira la voie vers des analyses plus systématiques de systèmes binaires que nous sommes en train de découvrir ou découvriront au sein de projets avec les instruments ESPaDOnS et SPIRou. De plus, la nouvelle instrumentation du télescope Canada-France-Hawaï prévoit l'installation de WENAOKEAO, c'est à dire un instrument permettant d'observer une étoile en simultané avec ESPaDOnS et SPIRou. Le jeu de données de V380 Ori à étudier pendant la thèse est le premier qui permet de combiner une étude quasi-simultanée de SPIRou et ESPaDOnS, c'est à dire couvrant un domaine de longueurs d'onde énorme, allant du proche UV au proche IR, permettant ainsi d'étudier dans sa totalité la magnétosphère qui s'étend de la surface de l'étoile au bord interne du disque.
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Star and planet formation is an active field of research. Magnetospheric accretion is a key process in the evolution of the disk-(planet)-star system. This process channels material from the inner edge of the disk onto the star's surface along the star's magnetic field lines. The resulting impact on the star generates energetic and intense radiation. To understand these phenomena, we need to study the magnetic fields and accretion flows of young stars and model them. Our ODYSSey team at IPAG is highly active in this field and, until now, has primarily focused on studying single stars.

Most stars are not born alone but in binary systems. In the case of close binaries (separated by a few fractions of an astronomical unit), such as V380 Ori, we expect the accretion processes onto the stars to be altered. The magnetospheres of both stars may interact as they draw closer, increasing the energetic fluxes impacting the protoplanetary disk, hence planetary formation.

To date, very few studies have examined magnetic fields and accretion flows in binary systems. All existing studies have relied on photometric and spectropolarimetric data, but none have combined these with long-baseline optical interferometry, which can spatially resolve the innermost regions of these systems (< 1 astronomical unit). We have obtained a unique dataset for a young binary system, observed quasi-simultaneously with two spectropolarimeters, ESPaDOnS and SPIRou, and the GRAVITY interferometer. In this thesis, we propose to study the spectropolarimetric data of this system, V380 Ori. The analysis of ESPaDOnS and SPIRou data will allow us to characterize stellar and orbital properties of both stars (effective temperature, surface gravity, stellar rotation speeds, orbital period, and orbital eccentricity) and to map their magnetic fields. Subsequently, the study of accretion lines (He I at 1 micron, and hydrogen lines Pa Beta, Br Gamma), combined with the analysis of atomic lines formed at the star's surface, will help us determine whether both stars are accreting and, if so, at what rate. This study will also reveal whether the accretion onto the stars is magnetospheric or occurs differently. In parallel, the analysis of GRAVITY interferometric data, led by K. Perraut, will enable us to fully characterize the binary's orbit (particularly its inclination) and to constrain the geometry and extent of one or more disks (circumstellar or circumbinary), as well as the potential position of accretion flows relative to the stars. The observational constraints obtained can be compared with numerical simulations, in collaboration with N. Cuello from the ODYSSey team at IPAG.

This thesis will pave the way for more systematic analyses of binary systems that we are currently discovering or will discover through projects involving the ESPaDOnS and SPIRou instruments. Additionally, the new instrumentation at the Canada-France-Hawaii Telescope includes the installation of WENAOKEAO, an instrument that will allow simultaneous observations of a star with ESPaDOnS and SPIRou. The V380 Ori dataset to be studied during the thesis is the first to combine quasi-simultaneous observations from SPIRou and ESPaDOnS, covering a vast wavelength range from the near-UV to the near-IR. Covering such a large wavelength range enables a comprehensive study of the magnetosphere, extending from the star's surface to the inner edge of the disk.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

47 PHYS - Physique

Master M2 d'astrophysique
M2 in astrophysics