Dissertation : Dynamique et rétroaction des binaires massives

par Dr Claude Cournoyer-Cloutier

Thèse soutenue le 30 juillet 2025

Département de physique et d'astronomie

Université McMaster

Directrice de thèse : Dr Alison Sills

Abstrait:

La formation stellaire est un processus organisé en amas, qui conduit naturellement à la formation de systèmes binaires et d'amas stellaires. Cette organisation est particulièrement importante pour les étoiles massives, qui se forment le plus souvent dans des amas denses et des systèmes binaires serrés. Les étoiles massives constituent la principale source d'énergie dans les jeunes amas stellaires massifs (JAM) en raison du rayonnement qu'elles transmettent à leur environnement sous forme de vents stellaires, de rayonnement et de supernovae. La présence d'un compagnon proche influence ce rayonnement en déclenchant des transferts de masse et en modifiant l'évolution ultérieure des étoiles massives. La dynamique stellaire au sein des amas denses affecte également les systèmes binaires en modifiant leurs orbites ou en les perturbant. Dans cette thèse, nous utilisons des simulations numériques pour étudier l'interaction entre les étoiles binaires et leurs amas hôtes lors de la formation des amas stellaires. En utilisant des conditions initiales typiques du disque de la Voie lactée, nous constatons que les amas subissent des changements morphologiques rapides dus à des fusions de sous-amas, induites par l'environnement gazeux à grande échelle lors de leur formation. En étendant notre ensemble de simulations aux conditions initiales typiques des galaxies à sursauts de formation d'étoiles, nous observons que ces fusions entraînent une diminution de la proportion de binaires d'étoiles de faible et moyenne masse, en accord avec les faibles proportions de binaires observées dans les amas d'étoiles massives plus anciens. Cependant, des binaires massives serrées persistent même dans les jeunes amas d'étoiles les plus denses. Nous présentons également la première implémentation d'une rétroaction issue de binaires massives en interaction, couplée à la dynamique stellaire. Nous constatons que le transfert de masse dans les binaires amplifie la rétroaction dans les régions de formation d'amas, et que cette amplification ne peut être prédite avec précision par des simulations d'évolution binaire isolées, en raison des effets des étoiles et du gaz environnants sur les orbites des binaires. Nous concluons qu'une prise en compte de la dynamique stellaire et du transfert de masse dans les binaires est essentielle à la compréhension de la formation des amas d'étoiles massives dans les galaxies.