Magnetism in delta Scuti stars
Le magnétisme dans les étoiles delta Scuti
Résumé
δ Scuti (δ Sct) variables are stars exhibiting variations in their luminosity from low radial order pressure modes and mixed modes, and these pulsations typically last anywhere from a few minutes to several hours. These stars span the spectral range A through to F and are typically intermediate mass stars, displaying masses between 1.5-2.5 M⊙. Due to the latter, they fall in a regime where the internal structure can vary significantly between stars, and as a result so too can their magnetic field, should they have one. Typically, small mass stars (FGK) have dynamo magnetic fields produced in their convective envelope and often complex in structure, whereas large mass stars (OBA) have fossil fields, i.e. remnants from the molecular cloud from which the star formed, and typically dipolar.
So far, general analysis in the magnetism of hot (OBA) stars suggests that about 10% of intermediate mass (non-variable) stars display magnetic fields, and the field occurrence increases for dynamo fields in lower mass stars. However, at the start of this thesis work, only 3 δ Sct stars had been found to exhibit magnetic field signatures: HD 188774, HD 67523, and β Cas. Additionally, there is evidence to suggest that the pulsation modes within the star interact with the magnetic field, with the latter suppressing and potentially warping the former.
Over the course of this PhD, I expanded on this domain in two key areas. First, I performed a statistical study of magnetic δ Sct candidates, selected as ideal targets from wider surveys of Kepler and TESS targets, displaying specific features that hint at the existence of a magnetic field. This allows us to get a better picture of the occurrence, structure and origin of magnetic fields for this type of star. Second, I performed more in-depth analysis on a couple of established magnetic δ Sct stars, in particular HD 41641. This analysis includes spectropolarimetric observations spread over the full rotation of the star, in order to map the magnetic field structure at the surface, and pulsational analysis to prepare for future asteroseismic modelling, which will
provide insight into the internal structure of the star.
Thanks to this work, I can list 13 magnetic δ Sct stars confirmed to date, which increases the sample of such stars by a factor 4, and I suggest first statistical properties of this sample.
Les variables δ Scuti (δ Sct) sont des étoiles présentant des variations de luminosité entre les modes de pression d’ordre radial faible et les modes mixtes, et ces pulsations durent généralement de quelques minutes à plusieurs heures. Ces étoiles couvrent la gamme spectrale A à F et sont des étoiles de masse intermédiaire, affichant des masses comprises entre 1,5 et 2,5 M⊙. En conséquence, elles se situent dans un régime où la structure interne peut varier considérablement entre les étoiles, et par conséquent leur champ magnétique aussi, si elles en ont un. Les étoiles de petite masse (type FGK) ont des champs magnétiques dynamo produits dans leur enveloppe
convective et souvent de structure complexe, tandis que les étoiles de grande masse (de type OBA) ont des champs fossiles et stables, issus du nuage moléculaire à partir duquel l’étoile s’est formée, et typiquement dipolaire.
Jusqu’à présent, l’analyse générale du magnétisme des étoiles suggère qu’environ 10% des étoiles de grande masse affichent des champs magnétiques fossiles et cette fréquence augmente pour les champs dynamos des étoiles de plus petites masses. Cependant, à ce jour, seules 3 étoiles δ Sct présentant des signatures de champ magnétique ont été découvertes : HD 188774, HD 67523, et β Cas. De plus, il existe des preuves suggérant que les modes de pulsation à l’intérieur de l’étoile interagissent avec le champ magnétique, ce dernier supprimant et déformant les pulsations.
Au cours de cette thèse, j’ai développé ce domaine dans 2 directions clés. Tout d’abord, j’ai effectué des travaux statistiques sur des candidats magnétiques δ Sct sélectionnés comme cibles idéales à partir d’un sondage plus large d’étoiles Kepler et TESS, affichant des indices spécifiques suggérant l’existence d’un champ magnétique. Ceci m’a permis d’obtenir une meilleure image de la prévalence, de la structure et de l’origine des champs magnétiques pour ce type d’étoiles. Deuxièmement, j’ai effectué une analyse plus approfondie sur quelques étoiles magnétiques δ Sct confirmées, notamment HD 41641. Cette analyse comprend des observations
spectropolarimétriques réparties sur toute la rotation de l’étoile, afin de visualiser la structure du champ magnétique à la surface de l’étoile, ainsi que l’analyse des modes de pulsations en anticipation d’études astérosismiques, qui apporteront des nouvelles perspectives sur la structure interne de l’étoile.
Suite à ces travaux, je fournis la liste de 13 étoiles magnétiques δ Sct confirmées à ce jour, multipliant ainsi par 4 l’échantillon connu de ces étoiles et je propose des premiers éléments statistiques de cet échantillon.
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