Published November 17, 2016 | Version v1
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Rotational evolution of young low-mass stars

Description

The angular momentum content of a star, as its mass or its chemical composition is one of the fundamental properties of a star, one of those that evolves with time and modify the stellar structure. The angular momentum can be studied as a global property, we can then observe it through the surface rotation velocity, or a local property that vary inside the star, we therefore have to probe the stellar radiation zone and study the secular angular momentum redistribution processes that happen in this region. During this PhD, in the frame of the ToUpiES project, we have been especially interested in the evolution of the young low-mass stars angular momentum, since this phase of evolution is critical regarding the evolution of extraction and redistribution angular momentum processes. First, we included in the STAREVOL evolution code the most up-to-date prescription for the wind-driven angular momentum extraction. We led a systematic study of the various combination of this braking with the different existing prescriptions for the treatment of horizontal and vertical turbulent motions in stellar radiative zones. This allows us to select a set of prescription able to reproduce the observed rotation periods in young open clusters for a broad mass-range. Next, we analysed how these prescriptions for extraction and transport of angular momentum behave when applied to a 1.2 M. model. We compared the result to what is obtained with other processes estimated as potentially very efficient to redistribute angular momentum (internal gravity waves, MHD Tayler-Spruit instability, gravity modes). This allows us to derive in each case, the specificity of the rotation profiles predicted by the different transport processes. Then, we set up a functional rotational model adapted to almost the entire range low-mass stars, allowing to reproduce the observed low-mass stars rotation periods in young open clusters (with 0,2 M. ≤M≤ 1,1 M.). This models can also predict the rotational evolution at different metallicities. Eventually, these models have been used in the frame of various works in different domains such as the characterisation of planet host-stars, the evolution of the magnetic topology during the young stellar phases or even the impact of stellar evolution on the habitability of a planetary system. (author)

Abstract (French)

Le moment cinetique d'une etoile, comme sa masse ou sa composition chimique, est l'une de ses proprietes fondamentales, l'un de celles qui varient a cours du temps et influent sur la structure de l'etoile. Celui-ci peut etre global, on l'observe alors a travers la vitesse de rotation de surface d'une etoile, ou local, auquel cas il nous faut sonder l'interieur stellaire et etudier les processus de redistribution au sein des regions internes du moment cinetique. Au cours de cette these dans le cadre du projet ToUpiES, nous nous sommes interesses en particulier a l'evolution du moment cinetique des etoiles de faible masse au cours de leur jeunesse, qui est une periode critique de leur vie en ce qui concerne l'impact et l'evolution du moment cinetique. Nous avons d'abord inclus au sein du code d'evolution STAREVOL les prescriptions les plus a jour pour l'extraction du moment cinetique par les vents magnetises. L'etude systematique des combinaisons de ce freinage avec differentes prescriptions existantes pour le traitement de la turbulence horizontale et verticale dans la zone radiative des etoiles, nous a permis de selectionner un jeu de prescriptions capable de reproduire, les periodes de rotation dans les amas ouverts pour une etoile de type solaire. Nous comparons ensuite l'application de ces processus de transport et d'extraction du moment cinetique a un modele de 1,2 masse solaire, aux autres processus juges potentiellement efficaces pour transport le moment cinetique a ce jour (ondes internes de gravites, instabilite MHD de Tayler-Spruit, modes de gravites). Cela nous a permis de presenter dans chacun des cas les specificites du profil de rotation predit par ces differents modes de transport. Puis, nous avons mis en place un modele rotationnel fonctionnel adapte a l'ensemble des etoiles de faible masse, permettant entre autre de reproduire les periodes de rotation observees dans les amas jeunes pour les etoiles de faible masse (avec une masse comprise entre 0,2 et 1,1 M.). Ceci a donne lieu a une grille de modele d'evolution unique a ce jour. Enfin, cette grille a ete utilisee dans le cadre de travaux dans differents domaines, tels que l'impact de l'evolution stellaire sur l'habitabilite d'un systeme, la caracterisation d'etoiles-hote ou encore l'etude de l'evolution de la topologie magnetique au cours des phases jeunes. (auteur)

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Original title (French)
Evolution de la rotation des etoiles jeunes de faible masse

Publishing Information

Imprint Pagination
219 p.
Report number
FRNC-TH--13246

Optional Information

Notes
[270 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses