La fontaine aux supernovŠ

La fontaine aux supernovae mono
La fontaine aux supernovae stereo

A la fin de sa vie, une étoile massive s’effondre sous son propre poids puis explose en une supernova gravitationnelle.

C’est l’un des événements les plus énergétiques et lumineux de l’Univers. La contraction du cœur de fer de l’étoile massive donne naissance à une étoile à neutrons. L’explosion est précédée d’une phase où l’onde de choc stagne dans le cœur de fer, pendant plusieurs centaines de millisecondes à un rayon d’environ 150 km. Ces simulations ont été réalisées sur la machine curie du TGCC avec le code Ramses par Rémi Kazéroni.

 

Le développement d’instabilités hydrodynamiques engendre une explosion asymétrique à grande échelle et peut impacter les conditions de naissance de l’étoile à neutrons. Dans certains cas, l’onde est globalement instable, se met à osciller sur elle-même avant de laisser place à un mode spiral dont la période de rotation est d’environ 30 ms. Cette spirale met en rotation l’étoile à neutrons centrale bien que l’étoile progénitrice ne tourne pas. C’est l’objet de la simulation numérique réalisée par R. Kazeroni et T. Foglizzo (CEA/SAp).

 

 

 

 

 

 

Ce phénomène peut également être étudié par un dispositif expérimental, mis au point par T. Foglizzo, reproduisant la dynamique de l’onde de choc dans une fontaine à eau. Dans cette expérience, l’écoulement de l’eau est analogue à la chute du gaz vers la surface de l’étoile à neutrons. Cette expérience repose sur l’analogie entre les ondes sonores dans un gaz et les vagues à la surface de l’eau ; l’onde de choc astrophysique est remplacée par un ressaut hydraulique caractérisé par une discontinuité de la hauteur de la couche d’eau. De manière surprenante, ce ressaut hydraulique de 15 cm de rayon est animé d’un même mouvement spiral dont la période est environ 3 secondes.

La visualisation de la simulation numérique du cas astrophysique a été réalisée par M. Mancip (CNRS/MdlS) et P. Tremblin (CEA/MdlS). L’élévation verticale représente l’équivalent de la hauteur d’eau dans un gaz chutant vers l’étoile à neutrons. La coloration traduit l’entropie du gaz, déterminée par les mouvements du choc et par l’émission de neutrinos, et dont les variations induisent des effets de flottabilité. La superposition des deux phénomènes instables illustre de manière spectaculaire leur ressemblance. Elle confirme l’origine physique de l’instabilité observée dans les simulations numériques de supernovae en tant que conséquence de la mécanique des fluides. L’analogie rend plus intuitive la dynamique complexe de l’onde de choc qui impacte profondément la supernova et la naissance de l’étoile à neutrons.

 

Un autre exemple avec la vorticité en élévation et l'entropie en coloration à fort gradient :

 

Bib: Remi Hosseini Kazéroni MNRAS (Kazeroni et al. 2016, MNRAS 456, 126),

 

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