Galactic archaeology of the Milky Way disc with the Gaia space mission

Resumen

L’Archéologie Galactique a pour objectif de révéler l’histoire de la Voie Lactée grâce à l’analyse de différentes propriétés stellaires: des abondances chimiques, de la cinématique, de la dynamique et de l’âge. En particulier, l’abondance d’éléments α (e.g. O, Mg, Si, S, Ca, Ti) par rapport au fer ([α/Fe]) est une importante signature fossile pour tracer l’évolution chimique des populations du disque Galactique, i.e. les disques épais et mince. Le but de cette thèse est d’explorer les différentes contraintes relatives à la determination précise d’abondances à partir des spectres stellaires observés et, en utilisant les donnés astrométriques de grand précision de la mission spatiale Gaia, analyser les propriétés chimique-dynamique du disque Galactique (e.g. gradients radiaux de abondance, rôle de la migration stellaire, relations âge-abondance) pour inférer la formation et évolution de la Voie Lactée.L’algorithm employé a été la procédure automatique d’estimation d’abondances GAUGUIN, qui fait partie d’analyse du RVS (Spectromètre de Vitesse Radiale) de la mission Gaia. En premier lieu, nous avons determiné les abondances de [Mg/Fe] pour 2210 étoiles observés dans le voisinage solaire par le spectrograph HARPS ESO (haute résolution spectrale: R ∼ 115000), et paramétrées par le Projet AMBRE (température effective, gravité de surface, métallicité globale [M/H], abondance [α/Fe], et vitesse radiale). Il a été trouvé que la définition de continuum pour normaliser les spectres observés est responsable de la majeure fraction d’incertitude dans l’estimation d’abondances pour les spectres d’étoiles riches en métaux. On montre une méthode qui améliore notablement la précision, et que nous permet d’observer une tendance décroissante de la abondance de [Mg/Fe] même à metallicités supérieures à la solaire ([M/H] > 0), à résoudre partiellement les divergences entre le plateau observé dans la literature, et la majeure pente prédite par les modèles d’évolution chimique de la Galaxie. Nous avons utilisé ces nouvelles mesures de [Mg/Fe] pour interpréter la fomation et l’évolution du disque Galactique. À cet effet, nous avons estimé des âges précises et des paramètres orbitaux pour 366 étoiles de la ‘main sequence turn-off’ (MSTO), en utilisant des isochrones PARSEC, ainsi que des données astrometriques et photométriques de Gaia DR2. Nous constatons un gradient plus escarpé de [Mg/Fe], par rapport aux valeurs de la literature, qui est un résultat direct de la amélioration des estimations d’abondances pour les étoiles riches en métaux. De plus, une dispersion significative des âges stellaires a été trouvé pour chaque valeur de [Mg/Fe], et aussi une claire corrélation de la dispersion d’abondances de [Mg/Fe] avec la métallicité pour un âge fixe. Tandis que pour [M/H] ≤ -0.2, une claire tendance âge-métellicité et âge-[Mg/Fe] est observée, des étoiles plus riches montrent des âges entre 3 jusqu’à 12 Gyr, en décrivant une tendance plate dans les relations [M/H]-age et [Mg/Fe]-age. De plus, nous trouvons une fraction significative d’étoiles ayant migré radialement dans le disque galactique, dont la distribution d’ages est très dispersée.Enfin, les résultats ont montré l’apparition d’une deuxième séquence chimique dans le disque extérieur, il y a 10-12 Gyr. Ces étoiles sont moins riches en métaux que la population stellaire coexistante dans les parts intérieures du disque, et montrent des valeurs inférieurs de [Mg/Fe] que les étoiles plus anciennes avec la même métallicité, en produisant une discontinuité chimique. Au vu de ces résultats, ils privilégient une formation rapide d’un disque primitif qui s’est développée dans les régions internes, suivie d’une accrétion de gaz pauvre en métaux, probablement lié à l’accrétion d’un satellite riche en gaz, qui a pu avoir déclenché la formation du disque mince.