ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Composition moléculaire des régions de formation planétaire par observations tomographiques et modélisations de la chimie.
par Coralie FOUCHER (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux)
Cette soutenance a lieu à 10h00 - Salle Univers All. Geoffroy Saint-Hilaire, 33600 Pessac
devant le jury composé de
- Anne DUTREY - Directrice de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Anaëlle MAURY - Professeure - Institut de Ciències de l'Espai (CSIC - ICE) - Rapporteur
- Audrey COUTENS - Astronome adjoint - Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) - Rapporteur
- Sean RAYMOND - Directeur de recherche - Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux (LAB) - Examinateur
- Marion VILLENAVE - Chargée de recherche - Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG) - Examinateur
Les disques protoplanétaires, structures de gaz et de poussière en rotation autour des étoiles jeunes, constituent le berceau de la formation planétaire. Comprendre leur structure physique et chimique, tant dans les dimensions radiales que verticales, représente un enjeu central de l'astrophysique moderne. Les relevés interférométriques à haute résolution menés avec ALMA ont révélé de remarquables sous-structures radiales telles que des anneaux, lacunes ou spirales dans des disques observés à inclinaison modérée (30°- 60°). En revanche, la structure verticale de ces objets demeure difficile à contraindre de manière observationnelle. Dans ce contexte, les disques vus par la tranche (edge-on) offrent une opportunité unique. Leur orientation permet de sonder directement la stratification verticale du gaz et de la poussière, sans les dégénérescences géométriques inhérentes aux systèmes modérément inclinés. Ces objets constituent ainsi des laboratoires privilégiés pour accéder aux hauteurs d'émission des traceurs moléculaires et étudier les conditions physico-chimiques en fonction de l'altitude dans le disque. Cette thèse vise à caractériser avec précision les conditions physiques et chimiques, telles que la densité et la température, en fonction de la hauteur dans le disque, afin de mieux comprendre l'environnement de formation planétaire. Pour cela, je combine deux approches complémentaires : la méthode de tomographie moléculaire (Dutrey et al. 2017), qui permet une détermination directe de la structure radiale et verticale à partir d'observations interférométriques, et le code paramétrique de transfert radiatif DiskFit (Piétu et al. 2007), qui modélise l'émission du disque et ajuste ses propriétés physiques par minimisation du χ2 dans le plan de Fourier. Cette analyse repose sur un jeu de données multi-moléculaires obtenu grâce à des observations ALMA, complété par de nouvelles observations NOEMA. Le premier volet de cette thèse est consacré au disque edge-on SSTTau042021 (Foucher et al. 2025 et Foucher et al. 2026 in prep). Les résultats révèlent une structure gazeuse verticalement étendue, avec une stratification moléculaire marquée entre un plan médian froid et une atmosphère de disque plus chaude. Certains traceurs moléculaires indiquent également la présence de matière au-dessus du disque, possiblement associée à un vent de disque. De plus, le gaz est détecté au-delà du rayon externe de la poussière, témoignant d'une composante gazeuse plus étendue que le continuum. Ces observations fournissent ainsi des contraintes directes sur la structure thermique et la distribution de masse du disque. Le second volet porte sur le disque edge-on Flying Saucer. En complément de la combinaison des tomographies moléculaires et de la modélisation physique avec DiskFit (Guilloteau et al. 2025 & Dutrey et al. 2025), une approche a été développée afin d'explorer le lien entre structure physique et chimique grâce à des simulations astrochimiques réalisées avec le code Nautilus dans le cadre de la thèse de Sacha Gavino (Gavino et al. 2021). Ces simulations ont été couplées à des calculs de transfert radiatif effectués avec RADMC-3D afin de produire des cartes d'émission synthétiques. Les observations simulées ont ensuite été comparées aux données réelles via une reconstruction tomographique, permettant une comparaison directe entre la stratification chimique verticale prédite par les modèles et l'émission observée. Enfin, la dernière partie vise à replacer ces deux sources dans un contexte plus large, en étudiant la dépendance des structures radiales et verticales aux propriétés du disque et de l'étoile centrale. Des résultats préliminaires sont présentés pour deux disques edge-on supplémentaires : CB26, observé avec de nouvelles données NOEMA, et Gomez's Hamburger, analysé dans le cadre du projet ALMA 2022.1.00269.S.