MOTEUR CENTRAL DES EXPLOSIONS EXTRÊMES : AMPLIFICATION DU CHAMP MAGNÉTIQUE DANS LES PROTO-ÉTOILES À NEUTRONS

par Alexis Reboul-Salze

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Thierry Foglizzo et de Jérôme Guilet.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....) , en partenariat avec AIM - Astrophysique Instrumentation Modélisation (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    L'effondrement du coeur de fer des étoiles massives donne lieu à certaines des explosions les plus violentes de l'univers. Le mécanisme physique à l'origine de ces explosions reste cependant mal compris et sa description théorique constitue un des grands défis de l'astrophysique actuelle. Les plus extrêmes de ces explosions, de par leur énergie cinétique ou leur luminosité, indiquent très probablement la présence d'une rotation rapide et d'un fort champ magnétique capable d'extraire efficacement ce grand réservoir d'énergie cinétique. Elles pourraient ainsi marquer la naissance des étoiles à neutrons les plus magnétisées, appelées magnétars, dont le champ magnétique dipolaire atteint les plus grandes intensités connues de 10^15 G. Cette thèse portera sur une question majeure non-résolue : l'origine de ce champ magnétique extrême. Le processus considéré comme le plus probable est l'action d'une instabilité magnéto-hydrodynamique appelée instabilité magnétorotationnelle (ou MRI). Les simulations numériques d'une petite portion de l'étoile à neutrons en formation ont ainsi démontré une amplification efficace du champ magnétique (e.g. Guilet & Müller 2015). Cette thèse s'attachera à déterminer l'efficacité de génération d'un champ magnétique cohérent à l'échelle de l'étoile à neutrons dans son ensemble. Ceci est un aspect crucial à la fois pour le déclenchement de l'explosion et pour expliquer les propriétés des magnétars galactiques. Le travail de thèse consistera tout d'abord à développer des simulations numériques de l'ensemble de la proto-étoile à neutrons à l'aide du code MHD MagIC (https://github.com/magic-sph/magic). Ces simulations permettront d'étudier le développement de l'instabilité magnétorotationnelle et la génération d'un champ magnétique à grande échelle. Ces résultats seront ensuite utilisés pour développer une prescription analytique de l'amplification du champ magnétique utilisable dans un modèle de l'explosion dans sa globalité.

  • Titre traduit

    CENTRAL ENGINE OF EXTREME EXPLOSIONS : MAGNETIC FIELD AMPLIFICATION IN PROTO-NEUTRON STARS


  • Résumé

    The collapse of the iron core of massive stars gives rise to some of the most violent explosions of the universe. The physical mechanism driving these explosions is, however, not well understood and its theoretical description is one of the big challenges of modern astrophysics. The most extreme of these explosions - in terms of kinetic energy or luminosity - suggest the likely presence of a rapid rotation as well as a strong magnetic field which can efficiently extract this large kinetic energy reservoir. They could indeed correspond to the birth of the most magnetised neutron stars, called magnetars, which dipolar magnetic field of the order of 1015 G is the most intense known in the present universe. This PhD project will endeavour to answer one major open question: the origin of this extreme magnetic field. The process widely considered as the most probable source of this magnetic field is the development of a magnetohydrodynamic instability called the magnetorotational instability (MRI). Numerical simulations of a small patch of a forming neutron star have demonstrated an efficient amplification of the magnetic field (e.g. Guilet & Müller 2015). This PhD project aims at determining for the first time the efficiency at generating a large-scale magnetic field coherent over the whole neutron star. This is crucial both for the launch of the explosion and to explain the properties of galactic magnetars. The PhD project will consist primarily in developing numerical simulations of a global model of a proto-neutron star with the code MagIC (https://github.com/magic-sph/magic). These simulations will allow to study the development of the magnetorotational instability with a focus on the generation of a large-scale magnetic field. These results will then be used to develop an analytical prescription of the magnetic field amplification that can be used in a model of the full explosion.