L’Univers ThermonucléaireL’Univers Thermonucléaire

Jean-Pierre CHIEZEJean-Pierre CHIEZEDSM/DAPNIA/SApDSM/DAPNIA/SAp

Journées de Prospective DSM/DAPNIA-IN2P3

10-15 octobre 2004

De l’Univers calme à l’Univers violent : vers le stade pré-supernova

introduction de la dynamique interne

Développement de calculs hydrodynamiques et magnétohydrodynamiques

Meilleures prédictions des abondances de surface (observable)

Effet de la métallicité

De l’Univers calme à l’Univers violentContraintes observationnelles spatiales

SoHO 2009

SDO: 2009

GOLFNG 2010 ?

COROT 2006

MAX : vol en formation après 2010 ?

De la sismologie solaire et stellaire à l’analyse des

raies nucléaires

Introduction des effets de rotation et champ magnétique

Déformation de l’étoile,

Géométrie complexe, meilleure représentation de la convection

Important pour les conditions initiales de l’explosion

Profil de rotation interne du Soleil

Le Soleil est la seule étoile où les processus dynamiques peuvent être étudiés en détail il faut continuer l’effort...

Renfort de la modélisation 1D, 2D et 3D au cours des prochains 5 ans et retour aux étoiles massives: collaboration DAPNIA, Bruxelles, Suisse

Modes de gravité

?

D’après S. Goriely (IAA, ULB)

Estimation des incertitudes sur les taux de réactions (T = 2.5 109 K

Estimation des incertitudes sur les taux de réactions (pT = 2.5 109 K

D’après S. Goriely (IAA, ULB)

Impact des incertitudes d’origine nucléaire sur la nucléosynthèse par processus p dans les SNIa

D’après S. Goriely (IAA, ULB)

Impact sur la nucléosynthèse par processus p de deux modèles différents de SNIa

D’après S. Goriely (IAA, ULB)

Le reste de SN1572, distant de 7 500 a.l.Image en rayons X prise par le satellite Chandra

Onde de chocT ≈ 2 107 K

Pas de source centraleSN Ia !

20 a.l.

Chandelles Standard?Chandelles Standard?

La relation de Phillips est approchée.La relation de Phillips est approchée.

De nombreuses supernovae s’écartent du De nombreuses supernovae s’écartent du comportement moyen : c’est une cause comportement moyen : c’est une cause importanted’incertitude dans la importanted’incertitude dans la détermination des paramètres détermination des paramètres cosmologiques.cosmologiques.

Comprendre le(s) mécanisme(s) de Comprendre le(s) mécanisme(s) de l’explosion pour comprendre la l’explosion pour comprendre la « diversité » des supernovae.« diversité » des supernovae.

SNLS a Hawai acquiert des données a plus grandes distances mais de moins bonnes info spectroscopiques.

SN factory Collecte depuis le sol des SN proches en spectro-photometrie precise donc une mine de comparaisons / modèles

DUNE, projet de mesure de cisaillement , devrait inclure des SN (alerte photométrique photométrie)

SNAP, delais importants, budget

DétonationDétonationCombustion supersonique propagation d’un choc fort

Combustion complèteCombustion complète Corrélation « brighter-slower »Corrélation « brighter-slower »

Synthèse de 1,4 MSynthèse de 1,4 Msolsol {Fe} {Fe}ENSENS

Pas d’éléments de masses intermédiaires {Mg, Pas d’éléments de masses intermédiaires {Mg, Si, S, Ar, Ca}Si, S, Ar, Ca}

DéflagrationDéflagrationCombustion subsonique

conduction thermique, turbulence, convection, ...

Nucléosynthèse : couches internes {Fe} - intermédiaires Nucléosynthèse : couches internes {Fe} - intermédiaires

{Mg-Ca } – externes Ø}{Mg-Ca } – externes Ø}

Corrélation « brighter-faster »Corrélation « brighter-faster »

Faible vitesse des couches productrices d’éléments Faible vitesse des couches productrices d’éléments

intermédiaires : 10 000 km/s vs. 25 000 km/s obs.intermédiaires : 10 000 km/s vs. 25 000 km/s obs.

Surproduction d’éléments riches en neutrons : Surproduction d’éléments riches en neutrons : 5454FeFe

Faible hétérogénéitéFaible hétérogénéité

Détonation RetardéeDétonation RetardéeTransition d’une déflagration centrale vers une détonation

Combustion totale : synthèse de {Fe} et des éléments Combustion totale : synthèse de {Fe} et des éléments intermédiaires {Mg, Si, S, Ca}intermédiaires {Mg, Si, S, Ca}

Pas de surproduction d ’éléments riches en neutronsPas de surproduction d ’éléments riches en neutrons

Hétérogénéité, uHétérogénéité, uexp exp = 12 000 - 25 000 km/s= 12 000 - 25 000 km/s

Transition Transition ad hoc ad hoc déflagration / détonationdéflagration / détonation

Propagation ad hoc de la chaleur (1.6 10Propagation ad hoc de la chaleur (1.6 1099K) ...K) ...

SNIa, Combustion Thermonucléaire, Fusion par Confinement Inertiel

L’objectif du Laser Mégajoule est de parvenir à l’ignition thermonucléaire et à la combustion.

Cela entraîne un effort important concernant la modélisation physique et l’expérimentation dans le domaine de la combustion thermonucléaire.

Thème transverse de la FR 2707, au sein de l’Institut Lasers et Plasmas

Groupe « Combustion et Supernovae » multidisciplinaire :

Astrophysique : DAPNIA, IAA (ULB), CRAL

Combustion théorie/expériences : LCD, IRPHE, IUSTI

Thermique : LET

Mathématiques appliquées : MAB …

DétonatiDétonationsons

Visualisations latérale et frontaled’une détonation naturelle cellulaire

Desbordes (LCD-CNRS)

Presles (LCD-CNRS)

Détonations Détonations cellulairescellulaires

Audit, Chièze, Vidal

Une évolution Une évolution multicellulairemulticellulaire

Trois échelles Trois échelles emboîtéesemboîtées

FLAMMES et FLAMMES et DEFLAGRATIONSDEFLAGRATIONS

Flammes en gravitéFlammes en gravité

Faible gravité Gravité moyenne Forte gravité

Un Modèle de DéflagrationUn Modèle de Déflagration

• L’explosion débute comme une déflagration au centre naine blanche (WD) de carbone et d’oxygène d’une L’explosion débute comme une déflagration au centre naine blanche (WD) de carbone et d’oxygène d’une masse de Chandrasekharmasse de Chandrasekhar

• Composition initiale ......................................... 0.5 C + 0.5 OComposition initiale ......................................... 0.5 C + 0.5 O

• Densité centrale .............................................. 2.0 x 10Densité centrale .............................................. 2.0 x 10 99 g cm g cm-3-3

• Rayon initial .................................................... 2.1 x 10Rayon initial .................................................... 2.1 x 10 88 cm cm

• Modèle numérique 3D fondé sur les équations d’ Euler de la dynamique des fluides,Modèle numérique 3D fondé sur les équations d’ Euler de la dynamique des fluides,

• Équation d’état de la matière dégénérée, Équation d’état de la matière dégénérée,

• Débit d’énergie simplifié. Débit d’énergie simplifié.

• Le modèle de la combustion turbulente aux échelles non résolues suppose que la combustion aux petites Le modèle de la combustion turbulente aux échelles non résolues suppose que la combustion aux petites échelles est dominée par l’instabilité de Rayleigh-Taylor. échelles est dominée par l’instabilité de Rayleigh-Taylor.

• Taille minimum d’une cellule AMR : ............... 2.6 10Taille minimum d’une cellule AMR : ............... 2.6 10 55 cm, cm,

• 101088 cellules de calcul. cellules de calcul.

• Les grandes structures s’élèvent, les matériaux non brûlés s’enfoncent ; La combustion atteint la surface : Les grandes structures s’élèvent, les matériaux non brûlés s’enfoncent ; La combustion atteint la surface : r ~ 5-6 x 10r ~ 5-6 x 1088 cm. cm.

• Environ 50% est brûlée, et libère 1.3 x 10Environ 50% est brûlée, et libère 1.3 x 105151 ergs d’énergie nucléaire. ergs d’énergie nucléaire.

• La vitesse d’expansion atteint 1.2 10La vitesse d’expansion atteint 1.2 1099 cm s cm s-1-1

• .... ....

Gamezo, Khokhlov, Oran, Chtchelkanova, RosenbergGamezo, Khokhlov, Oran, Chtchelkanova, Rosenberg

Gamezo, Khokhlov, Oran, Chtchelkanova, Rosenberg

Le reste de SN G292.0+1.8, vieux de 1 600 ansLe reste de SN G292.0+1.8, vieux de 1 600 ansImage en rayons X prise par le satellite ChandraImage en rayons X prise par le satellite Chandra

Filaments richesen O, Ne, Mg

Pulsar !SN II…