Étude de l'influence de la composition du cœur des naines blanches sur le calcul des âges

Abstract

Cette thèse étudie l'impact de l'incertitude sur la composition du cœur des naines blanches sur le calcul des âges par cosmochronologie de naines blanches. Pour ce faire, nous utilisons des séquences évolutives de naines blanches pour créer les fonctions de luminosité théoriques. Nous extrapolons les séquences évolutives de naines blanches à atmosphère d'hélium aux basses luminosités, où l'opacité de l'hélium est inconnue. Nous étudions l'impact sur le calcul des âges des incertitudes sur la composition du cœur des naines blanches, sur l'extrapolation des naines blanches à atmosphère d'hélium, sur la taille de l'enveloppe des naines blanches à atmosphère d'hydrogène, sur le choix de la relation que lie la masse de l'étoile parente à la masse de la naine blanche et de la relation qui lie temps passé par l'étoile sur la séquence principale à sa masse. Nous concluons que l'incertitude sur la composition du cœur domine l'incertitude sur les âges déterminés en utilisant les naines blanches. Nous utilisons la fonction de luminosité observée de l'amas M67, combinée à son âge connu précisément, pour déterminer la composition moyenne du coeur des naines blanches dans cet amas. Nous trouvons que la composition moyenne la plus probable du cœur des naines blanches dans M67 est de 70% de carbone et de 30% d'oxygène, mais les autres compositions de cœur restent plausibles. Nous déterminons l'âge du voisinage solaire en comparant les fonctions de luminosité observée et théorique, nous obtenons un âge de 9.3 Ga (incertitude négative : 0.8 Ga, incertitude positive : 1.1 Ga, erreurs à 68% de confiance statistique), où les incertitudes sont dominées par l'incertitude sur la composition du cœur des naines blanches et dans une moindre mesure, par la taille de l'échantillon. Nous déterminons ensuite les âges de quatre amas. Nous trouvons des âges cohérents avec ceux déterminés par d'autres équipes qui utilisent aussi les séquences évolutives de naines blanches. Les incertitudes que nous déterminons prennent en compte l'incertitude sur la composition du coeur des naines blanches, qui dominent les incertitudes et celles sur la distance, qui ont aussi un impact non négligeable. Les âges déterminés par le point de décrochage de la séquence principale sont cohérents avec ceux que nous déterminons, excepté pour NGC 6791, cependant cet amas a une fonction de luminosité particulière qui suggère que son histoire n'est pas encore bien comprise. Nous concluons que la cosmochronologie de naines blanches est une technique très prometteuse mais que l'incertitude sur la composition du cœur des naines blanches fait présentement obstacle à l'obtention d'âges précis.

The goal of this thesis is to quantify the impact of the uncertainty of white dwarf core composition on the computation of ages using white dwarf cosmochronology. To this end, we use white dwarf evolutionary sequences in order to build theoretical luminosity functions. We extrapolate the helium atmosphere white dwarf evolutionary sequences to low luminosity, where the helium opacity is unknown. We study the impact on the computed ages of the uncertainties associated with the white dwarf core composition, the extrapolation of the helium atmosphere evolutionary sequences, the thickness of the hydrogen envelope, the choice of the inital-final mass relation used and the choice of the relation used that links the time spent on the main sequence to the mass of the star. We come to the conclusion that the uncertainty on the core composition dominates the uncertainty on the ages when we use white dwarfs. We then use the observed luminosity function of the globular cluster M67, combined with a precise measurements of its age, in order to determine the mean core composition of white dwarfs in this cluster. We find that the most probable core composition is 70% carbon and 30% oxygen but we can not rule out other compositions. We determine the age of the solar neighbourhood by comparing its observed luminosity function to our theoretical ones. We obtain an age of 9.3 Gyr (negative uncertainty: 0.8 Ga, positive uncertainty: 1.1 Ga, errors at 68% of confidence level), where the uncertainty is dominated by the uncertainty on the core composition and to a lesser extent by the uncertainty on the size of the sample. We then determine the ages of four clusters. We find ages consistents with the ones determined by other teams that also use white dwarf evolutionary sequences. The uncertainty that we determine takes into account the uncertainty on the white dwarf core composition, that dominates the uncertainty on the inferred age, and the ones on distance, that also have a non-negligeable impact. The ages determined by the main sequence turn-off are consistent with the ones we find, except for NGC 6791. However, this cluster has a peculiar white dwarf luminosity function, suggesting its history is not well understood. We conclude that white dwarf cosmochronology is a very promising technique to infer ages but the uncertainty on core composition is an obstacle to obtaining precise ages.