Propriétés des plasmas en conditions stellaires
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Propriétés des plasmas en conditions stellaires SOHO, PICARD, COROT, KEPLER, GOLF-NG LULI BOREXINO Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 1 LIL+ PETAL Passage d’une vision statique des étoiles à une vision dynamique qui inclut physique microscopique + processus dynamiques comme rotation, champ magnétique et déformation…. 0 2.6 . 10-71 9 1D, 2D, 3D MHD calcul Processus interconnectés Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 2 La connaissance séculaire des étoiles repose sur la compréhension des processus microscopiques à travers 1930 • • dP/dr = - [M(r) G/r2] ! dM/dr = 4" r2 ! Equilibre hydrostatic équation d’état • dL/dr = 4" r2 ! (# nucl – T dS/dt) Equilibre énergétique énergie produite et transformée • dXi/dt = - 1/ (!r2) d/dr(!r2XiVi) + nucl. termes avec Vi= - 4"!r2(Di+DT) $lnXi/$m +vi coefficients de transport 2 types de transport énergétique : radiatif et convectif • dT/dr = - 3/ 4ac [%! /T3] [L(r)/ 4" r2] l’énergie est transportée par les photons coefficients d’opacité • dT/dr = [&2-1/&2] T/P dP/dr l’énergie est transportée par la convection where &2 is given by dP/P= &2/(1-&2) dT/T équation d’état Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 3 • La qualité de la physique introduite est elle équivalente selon les processus considérés • Ex: réactions nucléaires, opacités ? • Tenter de séparer le rôle de différents processus soit par de nouveaux calculs confrontés aux observations soit en isolant un phénomène et en le mesurant => Acquisition de données fondamentales: degré d’ionisation= f (T, !, ', composition), opacités f (T, !, ', composition) Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 4 SoHO COROT LIL SDO PICARD KEPLER Développement de la sismologie solaire et stellaire Exigence accrue sur la physique microscopique COROT 2009 2006 HMI/SDO PICARD 2012 ? 2010 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 2009 KEPLER 5 Apport de la sismologie à la physique microscopique des étoiles de type solaire Les ondes acoustiques sont excitées par la granulation de la convection ou par le « % » mécanisme opacité correspondante testable auprès du LULI 2000 en 2010 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 6 Extraction du profil radial de la vitesse du son par la sismologie (précision quelques 10-5) Grande sensibilité à des processus ciblés (voir Turck-Chièze et al. , Phys Report 1993, HEDP 2009) C2s= ( P/! prop to )/µ Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 7 La sismologie a permis de définir la transition radiation convection et l’hélium solaire C2 = &1 P/! Partial ionisation H and He RC: &1 = 5/3 r BCZ= 0.713±0.03 Rsol Christensen Dalsgaard 1991 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 He4: 0.25 ±0.01 Nearly primordial Vorontsov 1992 8 Importante différence entre modèles et sismologie, pourtant il y a un bon accord entre héliosismologie et neutrinos Asplund et al. 2004 + Caffau et al. 2008 16O Holweger 2001 Seismic model Turck-Chièze et al. ApJ, 2001, 2004, 2008 L’origine de cette différence n’est pas comprise - Migration gravitationnelle de CNO non vérifiable, mais bien établie pour l’hélium - Effets de physique des plasmas, opacités, effets dynamiques (géneration of d’ondes de gravité, impact de turbulence sur l’élargissement des 9raies, Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 éléments lourds ignorés …?? Les coefficients d’opacité sont des ingrédients cruciaux dans les zones radiatives, ils contribuent à l’âge des étoiles et à la température centrale des étoiles dT/dr = - 3/ 4ac [%! /T3] [L(r)/ 4" r2] * is the Rosseland mean values Turck-Chièze et al. Phys. Rep. 230, 1993 using Los Alamos library 1982 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 10 Contribution des éléments de Z > 2 aux coefficients d’opacité iron Courtaud ..STC, Villemin Sol. Phys. 1990 Fe ne représente que 5 10-5 en fraction de nombre mais joue un rôle important dans la région radiative et en particulier dans le cœur nucléaire Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 Moyenne arithmétique Turck-Chieze & Lopes, ApJ 1993 11 Les coefficients d’absorption n’ont jamais été mesurés dans les conditions des intérieurs stellaires Le rôle du fer et de l’oxygène est important par rapport à celui de l’hydrogène: espèce totalement ionisée en région radiative Turck-Chièze et al. Phys. Rev. Lett 2004 Asplund composition et OPAL opacités Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 12 Les degrés d’ionisation sont ils sous contrôle ? Des différences apparaissent entre calculs utilisant différentes approches Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 13 Processus à considérer lorsque l’espèce n’est pas totalement ionisée Bailey 2009 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 14 Le cas du Soleil à la base de la zone convective Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 15 Proposition LIL 2005 reprise pour LIL + PETAL partiellement testée à la Sandia (non LTE ?) Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 16 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 17 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 18 Groupe OPAC P. Arnault(b), P. Audebert (c), S. Bastiani-Ceccotti(c), C. Blancard (b), T. Blenski(a), T. Caillaud(b), P. Cossé (b) , F. Delahaye (a) , J. Fariaut(b), G. Faussurier (b), W. Fölsner(d), D. Gilles (a), F. Gilleron(b), G. Loisel(a), J.-C. Pain(b), L. Piau (a) , M. Poirier(a), P. Renaudin(b), C. Reverdin(b), V. Silvert(b), F. Thais(a), S. Turck-Chièze(a), B. Villette(b), (a) CEA-Saclay /DSM/ IRFU et IRAMIS (France) (b) CEA-DAM Île-de-France (France) (c) École Polytechnique /LULI (France) Consortium constitué d’astrophysiciens, de théoriciens, d’expérimentateurs et de modélisateurs Premières mesures effectuées au LULI en 1998 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 19 LIL + PETAL • Mesures d’opacité dans les conditions stellaires entre 190-400 eV: Fe, O élément seul et mélange + un élément plus lourd si possible • Spectromètre X résolution • Mesures en émission Voir exposé de F. Thais Préparation des conditions de détection pour le 5 Mars Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 20 Importance des opacités pour les forces radiatives Turcotte et al. 1998 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 21 Mesures au LULI 2000 Sylvaine Turck-Chièze, ILP 21/1/2009 22
