High resolution of fast-rotating stars across the H-R diagram

Rotation is a fundamental parameter that governs the physical structure and evolution of stars, for example by generating internal circulations of matter and angular momentum, which in turn change the stellar lifetime. Massive stars (spectral types OBA) are those presenting the highest rotation velocities and thus those for which the consequences of rotation are the strongest. On the external layers of the star, fast-rotation induces in particular (1) a flattening (equatorial radius higher than the polar radius) and (2) a gravity darkening (non-uniform distribution of flux, and thus effective temperature, between the poles and the equator). This important modification in the photospheric physical structure can also drive an anisotropic (axisymmetric) mass and angular momentum loss, originating for example the complex circumstellar environments around Be and supergiant B[e] stars. The techniques of high angular and high spectral resolution allow a detailed study of the effects of rotation on the stellar photosphere and circumstellar environment across the H-R diagram. Thanks to these techniques, and in particular to the optical/infrared long-baseline interferometry, our knowledge on the impact of rotation in stellar physics was highly deepened since the beginning of the XXI century. The results described in this Habilitation Thesis are placed in this context and are the fruit a double approach combining both (1) observation, mainly with the ESO-VLT(I) instruments (e.g. NACO, VISIR, MIDI, AMBER, PIONIER) and (2) astrophysical modeling with different codes, including also radiation transfer (CHARRON, HDUST, FRACS). I present, in particular, the results obtained on three fast-rotating stars: Altair (A7V; delta Scuti), Achernar (B6Ve; Be star), and CPD-57° 2874 (supergiant B[e] star).; La rotation est un des paramètres fondamentaux qui gouverne la structure physique et l’évolution des étoiles, par exemple en créant une circulation interne de matière et de moment angulaire, ce qui a aussi pour conséquence de changer le temps de vie de l’étoile. Les étoiles massives (types spectraux OBA) sont celles qui présentent les vitesses de rotation les plus élevées et donc celles où les conséquences de la rotation sont les plus importantes. Sur les couches externes de l’étoile, une rotation rapide engendre en particulier (1) un aplatissement (rayon équatorial plus grand que le rayon polaire) et (2) et un assombrissement gravitationnel (distribution non-uniforme de flux, et donc température effective, entre les pôles et l’équateur). Cette modification importante de la structure physique de la photosphère peut également entraîner une perte de masse et de moment angulaire anisotrope (axis-symétrique), qui donne origine par exemple aux environnements circumstellaires complexes détectés autour des étoiles Be et supergéantes B[e]. Les techniques de haute résolution angulaire et spectrale permettent d’étudier en détail les effets de la rotation sur la photosphère et l’environnement circumstellaire à travers le diagramme H-R. Grâce à ces techniques, et en particulier à l’interférométrie optique/infra-rouge à longue base, nos connaissances sur l’impact de la rotation en physique stellaire ont été fortement approfondies depuis le début du XXIe siècle. Les résultats décrits dans ce mémoire de HDR se placent dans ce contexte et sont le fruit d’une double approche combinant (1) observation, surtout avec des instruments du ESO-VLT(I) (e.g. NACO, VISIR, MIDI, AMBER, PIONIER) et (2) modélisation astrophysique avec différents codes, incluant également le transfert de rayonnement (CHARRON, HDUST, FRACS). Je présente, en particulier, les résultats obtenus sur trois étoiles en rotation rapide : Altaïr (A7V ; delta Scuti), Achernar (B6Ve ; étoile Be), et CPD-57° 2874 (étoile supergéante B[e]).