La poussière et le gaz qui entourent beaucoup d'étoiles jeunes sont d'un intérêt critique pour comprendre la formation planétaire ; ils représentent les conditions initiale de la formation planétaire. Les disques proto-planétaire ont une structure riche, avec différents processus physiques à l'oeuvre dans différentes régions du disque. Les grandeurs en jeu s'étalent sur 2 à 5 ordres de grandeur en échelles spatiales, période orbitale, températures, et bien plus en ce qui concerne la densité de gaz et poussière. Les variations extrêmes de ces paramètres clés impliqués dans la structure et la compositions de ces objets implique nécessairement l'utilisation combinée de différentes techniques d'observation.Cette recherche se base sur l'utilisation de nouvelles données d'imagerie et de masquage de pupille (SAM) en bandes K, L et M, de spectres entre 3 et 4 microns, en plus d'images à 8.6 et 18.7 microns et de données de densité spectrale de flux (SED) issus de la littérature. Ces données des UV aux longueurs d'ondes millimétriques ont permis de construire une nouvelle compréhension de l'objet IRS-48, et de mettre en avant l'équilibre subtil des processus physiques en jeu. Ce travail a permis d'imager pour la première fois l'intégralité spatiale d'un disque composé d'hydrocarbures polycyclique aromatique (PAH) et de très petits grains (VSG) autour d'un objet stellaire jeune. Il propose un modèle révisé pour cet objet de façon à expliquer l'environnement riche et complexe de gaz et poussières observé en proche infrarouge et en ondes millimétriques, et pose des limites sur la quantité attendue de grains silicatés - synonymes de renouvelle du disque - qui peut se trouver dans ce disque de PAH/VSG.Une modélisation en transfert radiatif de la structure du disque et de la composition des grains converge vers un disque externe à 55 AU composé de grains classiques, en plus d'un disque non-sédimenté de PAH et VSG dont les bords internes et externes sont résolus: 11 et 26 AU. Une étoiles plus brillante - donc plus large - associée à une adaptation des courbes de rougissement permet d'expliquer les flux observés dans le proche-infrarouge: le disque très interne à l'étoile, à 1 AU environ, n'est plus nécessaire. Les nouveaux paramètres stellaire permettent d'estimer un âge de 4 millions d'années pour cet objet, beaucoup plus jeune que les estimations précédentes, et en meilleur accord avec l'environnement direct de l'étoile et les statistiques de dispersion de tels disques. L'utilisation de clôtures de phase a permis de détecter deux sur-brillance au sein du disque de PAH, dont la température de couleur correspond à la température de ce disque trouvé grâce au transfert radiatif. Une sur-brillance suit une orbite circulaire sous-Keplerienne. Ce travail a permis de montrer qu'une quantité limitée de grains classiques silicatés pouvait être localisé dans le disque de PAH, avec un facteur de déplétion de 5-6 par rapport aux abondances classiques de poussière-à-PAH. Un compagnon d'environ 3 masses de Jupiter sur une orbite à 40 AU est compatible avec la nouvelle structure du disque et l'observation précédente d'une asymétrie de grain millimétriques.Le disque d'IRS-48 est dépourvu de poussière dans ses premiers 55 AU, à l'exception de 3.7e-10 masses solaire d'une mixture de PAH neutres et ionisés, et de VSG. Ceci place IRS-48 au stade final des disques de transition, alors que la photo-evaporation commence à dominer l'évolution du disque jusqu'à provoqué sa dispersion. Etant donné le fort environnement radiatif, the doctorat permet aussi de mettre en avant un probable renflouement du disque interne de PAH et VSG par le disque externe grâce à des effets gravitationnels induits par le compagnon. / The dust- and gas-rich disks surrounding numerous pre-main-sequence stars are of key interest for unveiling how planetary system are formed; they are the initial conditions for planetary formation. Protoplanetary disks have a rich structure, with different physics playing a role in different regions of the disk. The dynamic ranges involved span two to five orders of magnitudes on spatial scales, orbital times, temperatures, and much more in dust- or gas-densities. The extreme dynamic ranges involved in the structure and composition of these objects mean that very different observational techniques have to be combined together to probe their various regions.This PhD makes use of new K, L and M-band imaging and Sparse-Aperture-Masking (SAM) Interferometric measurements, 3-4 micron spectroscopy, together with published 8.6 and 18.7 micron images and spectral energy distribution (SED) fluxes from UV to mm-wavelength to instruct a new comprehension of the famous IRS-48 object, and uncover the delicate balance of physical processes at stake.This PhD reports the first ever direct imaging of the full extents of a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) and very small grains (VSG) ring in a young circumstellar disk, presents a revised model for the IRS-48 object to explain the rich and complex dust- and gas-environment observed from near-infrared to centimeter wavelengths, and sets limits on how much silicates grains - hence replenishment - is to be expected in the PAH and VSG ring.Radiative transfer modelling of the disk-structure and grains compositions converges to a classical-grains outer-disk from 55 AU combined with an unsettled VSG & PAH-ring, where the inner- and outer-rim are resolved: 11 and 26 AU. A brighter hence larger central-star with modified extinction parameters accounts for the near-infrared flux observed in the SED: the inner-most disk at ~1 AU is not needed. The revised stellar parameters place this system on a 4 Myr evolutionary track, much younger than the previous estimations, in better agreement with the surrounding region and disk-dispersal observations. Using closure-phases, two over-luminosities are found in the PAH-ring, at color-temperatures consistent with the radiative transfer simulations; one follows a sub-Keplerian circular orbit. This PhD also shows that only very few settled thermal silicates can be co-located with the PAH-ring, with a depletion factor of ~5-6 compared to classical circumstellar dust-to-PAH abundances. A ~3 Jupiter-masses companion on a 40 AU orbit is compatible with the new disk structure and the previous mm-grains asymmetry.The IRS-48 disk is found to be void of dust-grains in the first 55 AU, except for a 3.7e-10 Solar-masses of a mixture of ionized and neutral PAH, and VSG. This places IRS-48 at the final stage of transition disks, when photo-evaporation dominates the disk evolution and eventually causes dispersal. Given the highly radiating environment, this PhD also highlights the probable replenishment of the inner PAH & VSG-ring through the channeling of such particles from the outer reservoir, due to the on-going accretion on the companion.

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24868号 / 理博第4978号 / 新制||理||1711(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 細川 隆史, 教授 井岡 邦仁, 教授 橋本 幸士 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

WD 1145+017 est une étoile naine blanche polluée par des métaux avec un astéroïde en décomposition autour d’elle. Ce système est le premier à montrer la phase de décomposition active de l’objet polluant, et permet d’en apprendre sur cette phase du phénomène d’accrétion. Les différentes observations montrent un système très complexe qui est composé de plusieurs morceaux de l’objet rocheux, d’un disque de poussière et d’un disque de gaz, tous en orbite autour de la naine blanche polluée. Nous présentons un modèle de disque de gaz excentrique en précession conçu pour l’étude des zones d’absorption circumstellaire variables détectées pour WD 1145+017. Ce modèle, inspiré de celui récemment présenté par Cauley et al., calcule explicitement l’opacité du gaz pour toutes conditions physiques du disque prédéterminées et prédit la force et la forme de toutes les zones d’absorption, de l’ultraviolet au visible, à n’importe quelle phase du cycle de précession. Les réussites et échecs de ce modèle simple fournissent de l’information précieuse concernant les caractéristiques physiques du gaz qui entoure l’étoile, entre autres sa composition chimique, sa température et sa densité. Le modèle de disque excentrique met aussi en évidence le besoin de composantes supplémentaires, probablement des anneaux circulaires, pour expliquer la présence d’absorption à décalage de vitesse nul ainsi que celle de raies de Si hautement ionisé. Nous trouvons qu’une période de précession de 4.6±0.3 ans peut reproduire avec succès la forme et le profil de vitesse observé pour la majorité des époques d’observation d’avril 2015 à janvier 2018, bien que des différences mineures à certains moments indiquent que la configuration géométrique supposée n’est probablement pas encore optimale. Finalement, nous montrons que notre modèle peut expliquer quantitativement le changement morphologique des zones d’absorption durant les transits de l’objet en orbite autour de l’étoile. / WD 1145+017 is a metal polluted white dwarf with an actively disintegrating asteroid orbiting around it. This system is the first to show the active decomposition phase of the accretion process. The different observed data show a complex system composed of many pieces of the rocky objets, a dust disk and a gaseous disk, all orbiting the polluted white dwarf. We present an eccentric precessing gas disk model designed to study the variable circumstellar absorption features detected for WD 1145+017. This model, inspired by one recently proposed by Cauley et al., calculates explicitly the gas opacity for any predetermined physical conditions in the disk, predicting the strength and shape of all absorption features, from the UV to the optical, at any given phase of the precession cycle. The successes and failures of this simple model provide valuable insight on the physical characteristics of the gas surrounding the star, notably its composition, temperature and density. This eccentric disk model also highlights the need for supplementary components, most likely circular rings, in order to explain the presence of zero velocity absorption as well as highly ionized Si lines. We find that a precession period of 4.6±0.3 yrs can successfully reproduce the shape of the velocity profile observed at most epochs from April 2015 to January 2018, although minor discrepancies at certain times indicate that the assumed geometric configuration may not be optimal yet. Finally, we show that our model can quantitatively explain the change in morphology of the circumstellar feature during transiting events.