Simulations Monte Carlo de régions d'interaction en corotation dans le vent d'étoiles chaudes

Abstract

La présence de structures à grande échelle, appelées régions d'interaction en corotation (CIR), semble être universelle dans les vents des étoiles O dû à la présence de composantes discrètes d'absorption (DAC) observées dans leur profils P Cygni dans l'ultraviolet (UV). De l'évidence pour un tel phénomène a également été trouvée dans les raies d'émission fortes de certaines étoiles Wolf-Rayet (WR) sous la forme d'excès d'émission se déplaçant de façon périodique d'un côté à l'autre de la raie, ainsi que dans des variations polarimétriques. Ces dernières constituent un outil puissant pour étudier les vents stellaires, dont l'opacité du continu est dominée par la diffusion électronique, car elles nous permettent de détecter et caractériser les asymétries dans les vents associées à ces variations polarimétriques.

Un modèle statistique utilisant le transfert radiatif par simulations Monte Carlo (MCRT) a été développé pour décrire cette polarisation et comparé aux modèles analytiques de \cite{Ignace2015} pour le cas optiquement mince et \cite{St-Louis2018} pour le cas optiquement épais. Le modèle de base en trois dimensions consiste en une étoile avec un vent sphérique statique dans lequel on insère une ou plusieurs régions de surdensités prenant la forme d'une spirale d'Archimède, ou CIRs, ainsi qu'une tache gaussienne brillante à la base du CIR. Ce mémoire présente les détails de ce modèle, ainsi que les résultats décrivant les variations polarimétriques et photométriques découlant des simulations.

The presence of large-scale structures, named Corotating Interaction Regions (CIRs), seems to be universal in the winds of O stars due to the presence of discrete absorption components (DACs) in the absorption part of a their ultraviolet (UV) P Cygni profiles. Evidence for the presence of such structures has also been found in the strong emission lines of some Wolf-Rayet (WR) stars taking the form of the periodic movement of sub-peaks superposed on strong emission lines from one side of the line to the other, as well as in continuum polarimetric variations. Polarimetric observations are a powerful tool to study hot stellar winds, for which the continuum opacity is dominated by electron scattering, as it allows one to detect and characterize asymetries in the stellar wind related to these polarimetric variations.

We developed a model to describe this polarisation using a Monte Carlo radiative transfer (MCRT) method, and compared our results to the analytical models derived in \cite{Ignace2015} for the optically thin case and in \cite{St-Louis2018} for the optically thick case. Our basic model includes a star surrounded by a static three-dimensional spherically symetric wind, in which we insert one or many over-densities in the form of an Archimedean spiral, or CIR, as well as a bright Gaussian spot on the stellar surface at the base of the CIR. This thesis presents the details of this model as well as the polarimetric and photometric variations resulting from the simulations.