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Pertenais, Martin. Spectropolarimétrie stellaire UV et visible depuis l'espace

Pertenais, Martin (2016). Spectropolarimétrie stellaire UV et visible depuis l'espace.

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Résumé en francais

Ces dernières décennies, des champs magnétiques ont été détectés dans quasiment tous les types d'étoiles. Ces découvertes ont donné lieu à des études innovantes sur la cartographie des champs magnétiques et leur impact sur l'environnement stellaire. Pour aller encore plus loin il est nécessaire d'allier la spectroscopie à la polarimétrie, dans l'UV et le visible. L'UV permet d'étudier les vents stellaires et l'environnement circumstellaire, tandis que le visible permet d'étudier la surface de l'étoile. La spectropolarimétrie UV+visible permet ainsi d'étudier les magnétosphères dans leur globalité. Ceci doit être fait sur au moins une période complète de rotation de l'étoile. Pour cela, il faut aller dans l'espace, à la fois pour atteindre le domaine UV et pour obtenir des observations ininterrompues sur une période de rotation stellaire complète. Le consortium international UVMag a été créé en 2010 pour discuter, étudier et promouvoir une mission spatiale pour l'étude des magnétosphères stellaires via de la spectropolarimétrie spatiale dans les domaines UV et visible simultanés. D'un point de vue technique, la spectroscopie spatiale pure, y compris dans l'UV, a déjà été utilisée avec succès, par exemple sur IUE, et serait très performante avec les détecteurs et les technologies disponibles aujourd'hui. Par contre, le spectropolarimètre UV+visible est la partie instrumentale la plus ambitieuse pour une future mission spatiale. En effet, alors que les français (en particulier le LESIA et l'IRAP) sont les spécialistes de ce type de spectropolarimètres dans le visible pour des télescopes au sol (comme ESPaDOnS au CFHT ou Narval au TBL), aucun instrument de ce type n'a encore été embarqué sur une mission spatiale, encore moins en UV. La première partie de ma thèse consistait à concevoir le design optique du module polarimétrique pour le spectropolarimètre de la mission Arago, dans le cadre du consortium UVMag. J'ai donc étudié et recherché différents concepts innovants qui pourraient s'adapter aux contraintes très particulières de cet instrument. En effet, les spécifications imposent l'utilisation d'un unique polarimètre pour tout le domaine spectral [119-888] nm. Les contraintes du spatial s'ajoutent à cela avec un besoin de compacité, légèreté et robustesse. Je me suis concentré sur 2 concepts de polarimètre différents, un premier basé sur le module de polarisation de l'instrument X-Shooter avec une modulation temporelle de la polarisation et une achromatisation des efficacités d'extraction des paramètres de Stokes et un second basé sur une modulation spatiale de la polarisation, permettant d'obtenir un polarimètre statique. J'ai adapté ces 2 concepts aux spécificités d'Arago et intégré ces 2 systèmes au design optique global de l'instrument. Le premier concept de modulation temporelle a été choisi pour l'instrument d'Arago qui a été soumis à l'ESA dans le cadre des appels Cosmic Vision M4 et M5. Dans un deuxième temps, l'objectif de ma thèse était de prouver la faisabilité des concepts évoqués plus haut. En pratique, il s'agissait d'amener les deux prototypes à un niveau de maturité suffisant pour être embarqués sur une mission spatiale, c'est-à-dire démontrer en laboratoire le fonctionnement du module de polarisation. Le banc optique pour le prototype à modulation spatiale statique, montre des résultats très encourageants. En effet, je retrouve la modulation de polarisation attendue et la comparaison avec la théorie et mes simulations est excellente. J'obtiens une précision de mesure de l'état de polarisation de 10-2. Le banc optique concernant le prototype à modulation temporelle a été monté pour comparer ses performances avec le premier. Les premiers résultats donnent des précisions de mesure des paramètres de Stokes de l'ordre de 10-3. Ceci confirme donc le choix de ce concept comme baseline pour Arago. Ce polarimètre à modulation temporelle a ensuite été adapté à un télescope de 60 cm et à un spectrographe haute-résolution pour mesurer des champs magnétiques stellaires et ainsi obtenir une démonstration technologique de ce concept encore plus complète sur des étoiles réelles.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Neiner, Coralie
Petit, Pascal
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), UMR 5277
Mots-clés libres :Spectropolarimétrie - UV - Arago - Polarisation - Spectroscopie échelle
Sujets :Sciences de l'univers
Déposé le :14 Apr 2017 15:16