La mécanique des fluides appliquée aux étoiles

La dynamique des fluides astrophysiques (DFA) à travers 3 exemples :1. la convection dans les étoiles2. les pulsations d’étoiles3. la dynamo dans les étoiles

Boris Dintrans (Observatoire Midi­Pyrénées, LATT)boris.dintrans@ast.obs­mip.fr

 

Advection Viscosité

DFA = le problème de la turbulence

Re < 2000 Re > 3000

Turbulence = NON­LINEAIRE = cascade turbulente

Kolmogorov (1941) -->

Cas de la convection stellaireComme dans la cuisine... cf film M. Rieutord (LATT)

mais en beaucoup plus compliqué !

Un angle d’attaque : les simulations numériques directes

1 milliard de points dans chaque direction

Quelques exemples de DNS de convection stellaire

Dintrans, Brandenburg, Nordlund & Stein

Simulation localeavec pénétration

Simulation globale en approche star­in­a­box

Dintrans & Brandenburg

Un autre problème de DFA : 

les oscillations des étoiles

L’exemple historique d’étoiles variables : les Céphéides

Henrietta Leavitt

Céphéidesmesurée

Basu et al. (1996)

Golf@SOHO

Astérosismologie : cas du Soleil

Résultat :

Quelques problèmes actuels concernant ces oscillations d’étoiles...

• comment les exciter ?• si l’étoile tourne vite sur elle­même ?• influence de la convection ?• influence d’un champ magnétique ?...

Influence de la rotation :Variables Gamma­Doradus

Influence de la convection :Bord rouge des Céphéides

CORIOLIS

Mode H1 : w=0.550, N=0.2 Mode H2 : w=0.755, N=1

Oscillations gravito­inertielles d'une étoile en rotation rapide :

attracteurs d'ondes

Dintrans, Rieutord & Valdettaro

Mode E1 : w=1.130, N=2.5 Mode E2 : w=1.099, N=0.7

Couplage entre les oscillations radiales et la convection

(thèse Thomas Gastine)

Le problème de la dynamo stellaire

● Développement de la spectro­polarimétrie : ESPaDOnS & Narval → polarisation circulaire des raies spectrales à cause de → reconstruction de la structure de     à grande échelle

● Développement simultané de simulations MHD massivement parallèles → code anélastique en harmoniques sphériques ASH → approche star­in­a­box avec le Pencil Code ou CO5BOLD

Equation d'induction :

Dernières simulations de M avec ASH par Browning (2008)

DR supprimée par la force de Laplace → champ magnétique à l'équipartition → dû au nombre de Rossby << 1 → champ axisymmétrique plutôt pol. 18%

Simulations de M avec le Pencil Code en Star­in­a­box (thèse Julien Morin)

Champ radial Br Champ azimutal Bphi

Structure du champ à grande échelle ~ dipôle axisymmétrique

Vitesse Uphi

Conclusion

● Dynamique des fluides astrophysiques :  → problème de la turbulence → simulations numériques = outil en fort développement → mais régime des paramètres souvent éloigné de la réalité

● Divers exemples présentés : → convection stellaire : influence de la pénétration convective → pulsations : couplage avec la rotation et la convection → dynamo : champ magnétique des étoiles M entièrement convectives

● Apport des amateurs ? → il y a des codes dans le domaine public (Pencil Code, ZEUS, Athena...) → pas besoin de télescopes mais plutôt de supercalculateurs ! [accès amateur ?] → mettre des simulations dans l'OV ?