Transition Déflagration-Détonation dans les supernovae thermonucléaires

par Camille Charignon

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Pierre Chièze.

Soutenue le 24-09-2013

à Paris 11 , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec Service d'Astrophysique (CEA-Saclay, DRF/Irfu/SAp) 91 Gif-sur-Yvette (Essonne) (laboratoire) et de Service d'Astrophysique (laboratoire) .


  • Résumé

    Les supernovæ de type Ia (SNe Ia) sont devenues un outil important pour retracer l'expansion de notre Univers, leur étude est donc importante pour la cosmologie. Le modèle le plus populaire est celui de l'explosion d'une naine blanche (NB) accrétante dont la contraction relance la combustion sous la forme d'une déflagration subsonique, qui transiterait ensuite en une détonation supersonique. Ce scénario de détonation retardée repose sur un mécanisme physique de Transition Déflagration-Détonation (TDD) encore très mal compris, que nous étudions dans cette thèse.Les modèles actuels de détonation retardée reproduisent les observations en se fondant sur le mécanisme des gradients de Zel'dovich. Cependant, les échelles d'ignition n'étant pas résolues, ces simulations n'expliquent pas à elles seules la TDD, phénomène mal compris, même sur Terre, lorsqu'il s'agit de milieux non-confinés. D'autre part, ce mécanisme requiert une turbulence trop intense et impose des conditions probablement trop restrictives.C'est dans ce contexte que nous avons proposé un nouveau mécanisme de TDD: le chauffage acoustique de l'enveloppe du progéniteur. Un modèle simplifié, en géométrie plane, permet de mettre en évidence l'amplification d'ondes acoustiques (générés par une flamme turbulente) dans un gradient de densité similaire à ceux d'une NB. Selon leur fréquence et leur amplitude, leur amplification peut aller jusqu'à la formation d'un choc suffisamment fort pour initier une détonation. Ensuite, ce mécanisme est analysé en géométrie sphérique dans le cadre plus réaliste d'une NB en expansion. Une étude paramétrique montre la validité de notre mécanisme sur une gamme raisonnable de fréquences et d'amplitudes acoustiques.Finalement, quelques simulations MHD 2D et 3D, où l'on recherche une source de perturbations acoustiques, sont présentées pour démontrer le caractère réaliste de notre nouveau mécanisme de TDD.

  • Titre traduit

    Deflagration to Detonation Transition in Thermonuclear Supernovae


  • Résumé

    Type Ia supernovae are an important tool to determine the expansion history of our Universe. Thus, considerable attention has been given to both observations and models of these events. The most popular explosion model is the central ignition of a deflagration in the dense C+O interior of a Chandrasekhar mass white dwarf, followed by a transition to a detonation (TDD). We study in this thesis a new mechanism for this transition.The most robust and studied progenitor model and the postulated mechanism for the TDD, the so called 'Zel'dovich gradient mechanism', are presented. State of the art 3D simulations of such a delayed detonation, at the price of some adjustments, can indeed reproduce observables. But due to largely unresolved physical scales, such simulations cannot explain the TDD by themselves, and especially, the physical mechanism which triggers this transition - which is not yet understood, even on Earth, for unconfined media. It is then discussed why the current Zel'dovich mechanism might be too constraining for a SN Ia model, pointing to a new approach, which is the core result of this thesis.In the final part, our alternative model for DDT in supernovae, the acoustic heating of the pre-supernova envelope, is presented. A planar model first proves that small amplitude acoustic perturbations (generated by a turbulent flame) are actually amplified in a steep density gradient, up to a point where they turn into shocks able to trigger a detonation. Then, this mechanism is applied to more realistic models, taking into account, in spherical geometry, the expanding envelope. A parametric study demonstrates the validity of the model for a reasonable range of acoustic wave amplitudes and frequencies.To conclude, some exploratory 2D and 3D MHD simulations, seeking for realistic acoustic source compatible with our mechanism, are presented.


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