Processus fondamentaux en dynamique des fluides astrophysiques et transfert radiatif

attractor

Distribution théorique de l’énergie cinétique d’un fluide en rotation soumis à des forces de marées. L’énergie se concentre sur une structure particulière appelée attracteur. Crédit: C. Baruteau

Certains des processus que nous étudions, notamment les processus hydrodynamiques et de transfert radiatif, nécessitent des recherches en amont des applications astrophysiques qui les ont motivées. Elles s’inscrivent alors dans un contexte plus général et sont le plus souvent publiées dans des journaux de physique.

Les recherches de l’équipe PS2E concernent notamment les thèmes suivants: les oscillations stellaires, la turbulence hydrodynamique et magnétohydrodynamique des écoulements cisaillés, la dynamique des plasmas non-collisionnels et le transfert radiatif hors équilibre thermodynamique local (ETL).

Exemples de développements actuels et futurs:

rosace

Résultat d’un calcul numérique obtenu avec le programme TOP: mode d’oscillation « rosace » pouvant apparaître dans les étoiles en rotation rapide. Dans ces modes, l’énergie se concentre le long d’une ligne (en rouge sur l’image). Crédit: J. Ballot

En ce qui concerne les oscillations stellaires, l’une des questions à laquelle s’intéresse l’équipe PSE est celle de l’impact de la rotation sur ces modes d’oscillation, avec pour objectif d’une part de réaliser l’astérosismologie des étoiles massives et de masse-intermédiaire et d’autre part de comprendre la dissipation des effets de marées dans les sytèmes binaires. L’évolution drastique des modes de pression et de gravité en fonction de la rotation de l’étoile a été explorée en détail grâce au code TOP avec notamment la découverte des modes rosaces (voir ci-contre).

Parallèlement, l’équipe a récemment travaillé sur la modélisation de plusieurs aspects fondamentaux de la physique des modes inertiels. Ce travail théorique et de modélisation va se poursuivre dans les années à venir.

La dynamique non-linéaire des écoulements cisaillés a été étudiée dans deux contextes différents: les disques d’accrétion et les intérieurs stellaires, au moyen de simulations numériques en 3 dimensions.

La description fluide MHD étant inadéquate pour décrire la dynamique de nombreux plasmas astrophysiques peu collisionnels, un projet ambitieux de théorie et de modélisation numérique cinétique multidimensionnelle et multiéchelle pour de tels plasmas est en cours d’élaboration.

Enfin, l’équipe est impliquée dans le développement de nouvelles méthodes numériques pour le transfert radiatif hors-ETL. Ces méthodes ont notamment abouti à une modélisation 2D du spectre de l’hélium formé dans les protubérances solaires qui a été confrontée aux observations effectuées au telescope solaire Thémis situé à Tenerife (Iles Canaries).

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