La mécanique des fluides appliquée aux étoiles: convection

La mécanique des fluides appliquée aux étoiles
Boris Dintrans (Observatoire Midi­Pyrénées, LATT)
[email protected]­mip.fr
La dynamique des fluides astrophysiques (DFA) à travers 3 exemples :
1. la convection dans les étoiles
2. les pulsations d’étoiles
3. la dynamo dans les étoiles
DFA = le problème de la turbulence
Advection
Viscosité
Re < 2000
Re > 3000
Turbulence = NON­LINEAIRE = cascade turbulente


Kolmogorov (1941) -->
Cas de la convection stellaire
Comme 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
Simulation locale
avec pénétration
Dintrans, Brandenburg, Nordlund & Stein
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
mesurée
Céphéides
Astérosismologie : cas du Soleil
Résultat :
Basu et al. (1996)
Golf@SOHO
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
CORIOLIS
Influence de la convection :
Bord rouge des Céphéides
Oscillations gravito­inertielles d'une étoile en rotation rapide :
attracteurs d'ondes
Mode H1 : w=0.550, N=0.2
Mode H2 : w=0.755, N=1
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)
Structure du champ à grande échelle ~ dipôle axisymmétrique
Champ radial Br
Champ azimutal Bphi
Vitesse Uphi
Conclusion
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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 ?