Âge cinématique des associations stellaires jeunes du voisinage solaire

L'objectif de cette thèse est de développer une méthode numérique capable de calculer l'âge cinématique des associations stellaires jeunes du voisinage solaire. Ces associations de faible densité, gravitationnellement non liées, regroupent des étoiles s'étant formées à la même époque lors d'un seul évènement de formation stellaire. En retraçant les orbites galactiques de leurs membres, qui sont principalement des étoiles naines de type M de faible masse, il est possible de retrouver l'époque où leur étendue spatiale était minimale et de calculer leur âge sans recours à des modèles d'évolution stellaire. Cette approche, appelée la méthode du retracement (traceback), est d'un intérêt tout particulier, car des étoiles de faible masse à proximité du Soleil, avec des contraintes fiables sur leur âge, sont des cibles de choix pour la recherche et la caractérisation d'exoplanètes. L'outil d'analyse de retracement développé, le paquet python Kinematic Age for Nearby Young Associations (kanya), est appliqué sur un échantillon de membres validés du cœur de l'association β Pictoris (βPMG ; β Pictoris Moving Group), l'une des associations les plus proches et mieux étudiées, à l'aide des données astrométriques et cinématiques du catalogue Gaia DR3 et de nombreux relevés cinématiques à haute précision. Cette analyse démontre qu'il est nécessaire de minimiser la contamination de l'échantillon par des systèmes multiples non résolus et de corriger deux biais systématiques sur les mesures de vitesse radiale héliocentrique, soit le décalage vers le rouge gravitationnel et le décalage vers le bleu convectif, ainsi qu'un biais sur les âges de retracement dû aux erreurs de mesure. Parmi les métriques de la taille de l'association étudiées, la variance dans l'axe ξ′ (c'est-à-dire vers le centre galactique) offre le moins d'erreurs aléatoires et systématiques, grâce à la grande dispersion en vitesse spatiale de βPMG dans cet axe, et permet d'estimer l'âge de l'association à \(20,3 ± 3,4\) millions d'années (Ma). C'est la première fois qu'une méthode cinématique donne un résultat compatible avec les contraintes antérieures de la littérature scientifique sur l'âge de βPMG, obtenues avec les méthodes des isochrones et de la limite d'épuisement du lithium (LDB, lithium depletion boundary). Ce nouvel outil d'analyse de retracement est également appliqué aux associations Tucana-Horologium (THA ; Tucana-Horologium association), Columba (COL) et Carina (CAR). Bien que les membres de THA soient identifiés conformément aux limites établies de l'association, il n'y a pas de frontière claire entre les membres de COL et CAR, alors ces deux associations ont été combinées en un seul échantillon pour les fins de ces travaux. L'analyse de retracement démontre qu'une métrique plus générale de la taille de l'association, soit la longueur moyenne de toutes les branches reliant les membres de l'échantillon entre eux, est celle qui offre la meilleure combinaison de précision, fiabilité et contraste. kanya trouve un âge de \(44,8^{+2,1}_{-7,0}\) Ma pour THA et de \(28,4^{+1,8}_{-2,9}\) Ma pour COL et CAR, démontrant qu'il est possible de trouver un âge cinématique compatible avec d'autres contraintes de la littérature scientifique, obtenues avec les méthodes des isochrones et de la LDB, pour des associations aussi vieilles que THA, ainsi que pour COL et CAR. Dans le futur, cette méthode pourra être appliquée à d'autres associations locales jeunes grâce aux données des prochains catalogues issus de la mission Gaia.

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