Soutenance de thèse de Miguel FIGUEIRA SEBASTIAO

Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
ASTROPHYSIQUE ET COSMOLOGIE
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
étoile massive,formation,domaine infrarouge,domaine millimétrique,
Keywords
massive star,formation,infrared domain,millimeter domain,
Titre de thèse
Régions d'hydrogène ionisé et formation stellaire dans la Galaxie
Ionized regions and star formation in the Galaxy
Date
Mercredi 20 Septembre 2017 à 14:00
Adresse
38 Rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille
Amphithéâtre
Jury
Directeur de these Annie ZAVAGNO Aix Marseille Université
Rapporteur Philippe ANDRE CEA Saclay
Rapporteur Nicolas PERETTO Université de Cardiff
Examinateur Delphine RUSSEIL Aix-Marseille Université
Examinateur Frédérique MOTTE Université Grenoble-Alpes
CoDirecteur de these Leonardo BRONFMAN Université de Santiago

Résumé de la thèse

Les étoiles massives (M>8Mo) contrôlent l’évolution des galaxies. Elles sont rares mais ont un impact important sur leur environnement dû à de forts effets rétroactifs tels que la photoionisation, le vent, la pression de radiation ou les supernova et ce, à toutes les échelles spatiales. En cosmologie, les étoiles supermassives de la Population III pourraient être à l’origine de la réionisation de l’Univers. En extragalactique, ces effets impactent la formation et l’évolution des galaxies. A l’échelle galactique, elles régulent le milieu interstellaire en injectant de l’énergie et des éléments lourds. Cependant, des questions demeurent. Quelle est la séquence évolutive de la formation des étoiles massives? Comment leurs impacts influencent le taux et l’efficacité de formation stellaire? Comment affectent-elles la distribution en masse initiale des étoiles? Un modèle de formation stellaire doit inclure l’influence des étoiles massives. Il est donc nécessaire d'étudier cet impact. Ma thèse concerne l’étude de l’interaction des étoiles massives avec leur environnement. Les étoiles massives forment des régions d’hydrogène ionisé (HII) qui, lors de leur expansion supersonique, accumule une couche de matière moléculaire dans laquelle les conditions semblent favoriser la formation stellaire. Mon travail consiste à définir les propriétés de la formation stellaire autour de ces régions HII observées grâce aux programmes clés HOBYS et Hi-GAL. En utilisant ces données, j’ai étudié deux régions HII (RCW120 et RCW79) et caractérisé les propriétés de la formation stellaire observée dans leur environnement proche. J’ai extrait un échantillon de sources compactes et calculé leurs propriétés en traçant leur distribution d’énergie spectrale. J’ai également obtenu des cartes de température et de densité de colonne. J’ai discuté les propriétés de ces sources en fonction de leur localisation dans la région, dans le but de rechercher un éventuel lien causal entre la région HII et les sources jeunes observées. Dans les deux régions, les coeurs massifs sont observés en direction des condensations les plus denses. Pour RCW 120, la condensation la plus proche (en projection) de l’étoile ionisante contient de jeunes objets stellaires alors que la condensation ayant les sources les plus évoluées est plus éloignée. Ce résultat suggère que, dans la couche, l’état d’évolution est contrôlé par la densité et que la formation stellaire n’a pas commencé en même temps dans toutes les condensations. Pour RCW 79, 12 coeurs denses et massifs d’une masse supérieure à 140 Mo ont été détectés et pourraient donner naissance à plusieurs étoiles massives. Afin d'étudier l’impact de la région HII, j’ai calculé le taux de formation stellaire (SFR), qui suggère que RCW 79 sera plus active dans le futur, contrairement à RCW 120. L’efficacité de formation des coeurs (CFE) dans les condensations, en fonction de la densité volumique, semble être relativement constante. J’étendrai cette étude à d’autres régions afin de préciser ce résultat. Une étude est en cours sur la région HII G345.5+1.5. Cette région est située au-dessus du plan Galactique et possède une formation stellaire particulièrement active. L’étude de la CFE et du SFR y sera également effectuée. Des observations APEX et ALMA ont été obtenues afin de caractériser les différents mécanismes de formation stellaire dans RCW 120 ainsi que d’étudier les effets des régions HII à l’échelle de sous-fragmentation des coeurs (∼0.01 pc). Ces observations ont pour but de comprendre l’interaction à petite échelle du rayonnement avec le milieu environnant et de comprendre comment agit, à cette échelle, la région HII sur la formation stellaire.

Thesis resume

Massive stars (M>8Mo) control the evolution of galaxies. They are rare but have a huge impact on their environment, at all spatial scales, with strong feedbacks such as photoionization, wind, radiation pressure or supernova explosion. In cosmology, the super massive Population III stars could be responsible for the reionization of the Universe. On extragalactic scale, high-mass stars’ feedbacks impact galaxies' formation and  evolution. On galactic scale, they regulate the Interstellar Medium by injecting energy and heavy elements. However, questions remain. What is the evolutionary sequence of high-mass star's formation? How their feedbacks influence the rate and the efficiency of star formation ? How they affect the mass distribution of stars to be formed ? A realistic recipe for star formation must include feedbacks’ effects from massive stars. Therefore, it is necessary to study this impact. My PhD thesis deals with the study of the interaction between high mass stars and their surrounding medium. I am particularly interested in the way high-mass stars affect the formation of young stars observed around them. Massive stars create ionized (HII) regions which, during their supersonic expansion, form of a layer of molecular material where the conditions seem to favor star formation. My work aims at understanding the properties of star formation around Galactic HII regions observed in the HOBYS and Hi-GAL Guaranteed Time key programs. Using these data complemented with ancillary ones, I studied two Galactic HII regions (RCW 79 and RCW 120) to characterize the star formation observed in their surrounding. Using getsources, I extracted a sample of compact sources and derived their properties by fitting their spectral energy distribution. I constructed density and temperature maps for both regions with Herschel data. I discussed the properties of these sources with respect to their location in the region in order to search for a possible causal link between the HII region and the young sources. For both regions, massive cores are observed towards the densest clumps. For RCW 120, the closest clump (in projection) to the ionizing star hosts young objects while the clump hosting the more evolved ones is located farther. This result suggests that, in the layer, the evolution stage of the star formation is controlled by the density and that the star formation is not coeval. For RCW 79, 12 massive dense cores with an envelope mass higher than 140 Mo were found and could potentially give rise to several high-mass stars. To study the impact of the ionized region, I computed the Star Formation Rate (SFR), which suggests that star formation in RCW 79 will be more active in the future contrary to RCW 120. By defining clumps around the HII regions hosting young stellar objects, I showed that the Core Formation Efficiency (CFE) seems to be relatively constant with respect to the volume density in these regions. We note that the clumps in these regions probe only a relatively small range in volumic density, making a firm conclusion difficult to establish. I will extend this study to more regions to obtain a statistically significant result. A new study about the G345.5+1.5 HII region is in progress. This region is located above the Galactic Plane and is actively forming stars. The CFE and SFR will be computed for this region. APEX and ALMA observations were obtained to characterize the different formation mechanisms at play in RCW 120 as well as to study the effect of the HII region on sub-core scale (∼0.01 pc). These observations aim to probe the small scale interaction of the radiation with the surrounding medium to better understand the effect of the HII region on star formation at this scale.