Étude de la convection dans les étoiles naines blanches de type ZZ Ceti et les implications sur la mesure de leurs paramètres atmosphériques

Abstract

Ce mémoire présente une étude théorique et observationnelle des étoiles naines blanches de type ZZ Ceti visant à l’amélioration des déterminations de leurs paramètres atmosphériques. Le traitement du transfert convectif demeure la principale source théorique d’incertitudes, et au niveau observationnel, la qualité et la calibration du spectre observé ont une grande incidence sur les paramètres déterminés. Dans ce but, nous avons dans un premier temps remplacé la théorie de la longueur de mélange, décrivant le transport convectif dans nos modèles d’atmosphère, par le formalisme non local de Shaviv & Salpeter, généralisé pour tenir compte des échanges radiatifs. À la différence des autres formalismes non locaux,nous avons de plus traité explicitement la composante descendante de l’écoulement ainsi que la variation de toutes les propriétés thermodynamiques du fluide convectif par rapport à celles du milieu ambiant. Puisque ce formalisme tient compte de la nature stratifiée du milieu stellaire, nous sommes en mesure de reproduire en convection profonde certains résultats des simulations d’hydrodynamique radiative. La paramétrisation des processus physiques en surface demeure trop incertaine pour donner des prédictions réalistes. Dans un deuxième temps, nous nous sommes inspirés de l’étude de Bond et al. afin de faire la moyenne des déterminations des paramètres atmosphériques obtenues à l’aide de plusieurs spectres, nous permettant d’en obtenir de plus précis. Nous avons au passage recalibré la théorie de la longueur de mélange et refait l’analyse spectro-photométrique de Bergeron et al.. Nous avons produit une bande d’instabilité ZZ Ceti plus large et dont la frontière bleue est mieux définie.

We present a theoretical and observational study of ZZ Ceti white dwarf stars aimed at improving their atmospheric parameter determinations. Convective energy transfer remains the dominant theoretical uncertainty. On the observational side, the quality and calibration of the object’s observed spectrum have great incidence on the determined parameters. To this end, we first replaced the mixing length theory of convection used in our model atmospheres by the non-local formalism of Shaviv & Salpeter, properly generalized to take into account radiative exchanges by the convective fluid. In addition, unlike in any other study involving non-local mixing length formalisms, we explicitely treated downflows as well as allowed for departures of all thermodynamic variables from the mean state. By virtue of recognizing the stratified nature of the stellar environment, we were able to replicate certain features predicted by radiation hydrodynamics simulations, granted that we are deep enough in the convection zone. Deficiencies in the parameterization of physical processes occuring in the superadiabatic layer undermine our ability to make realistic predictions in that region. Secondly, following Bond et al., we averaged atmospheric parameter determinations obtained by multiple spectra, allowing us more accurate determinations. While doing so, we have recalibrated the mixing length theory and redone the spectrophotometric analysis of Bergeron et al.. We produced a larger ZZ Ceti instability strip along a better defined empirical blue edge.