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…