Effets de marée : rupture explosive d’étoiles par un trou noir géant

Tidal effects: explosive disruption of stars by a giant black hole

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Luminet
• Direction : Brandon Carter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Physiques
• Date : Soutenance en 1985
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Formation stellaire

Évolution stellaire

Marées

Nucléosynthèse

Noyaux galactiques

Galaxies

Trous noirs (astronomie)

Astronomie

Résumé

Cet article passe en revue les développements récents dans l'étude du comportement d'un corps en mouvement dans le champ de marée d'une source rigide compacte. Depuis les travaux de pionnier de Roche et de ses successeurs, il est bien connu qu'il existe des figures d'équilibre stationnaire ellipsoidale pour les corps homogènes incompressibles en orbites circulaires dont le rayon dépasse une limite critique de Roche, donnée par (M/g,,,11/3, où M est la masse de la source et g, la densité du corps déformé. Quand le corps se déplace dans un champ de marée variable, du moment angulaire et des mouvements internes de vorticité uniforme se développent de façon à maintenir une figure ellipsoïdale. Le sort ultime d'un corps transgressant la limite de Roche peut être élucidé en intégrant les équations du mouvement interne. Le corps est généralement détruit après son passage dans le rayon de Roche, sa forme évoluant vers un cigare indéfiniment long et mince pour une pénétration modeste ou vers un disque indéfiniment plat en cas de pénétration plus grande. Suivant l'idée originale de Carter & Luminet (1982), l'article attire ensuite l'attention sur le fait que la compressibilité du matériel stellaire conduit à un comportement radicalement différent en cas de forte pénétration dans le rayon de Roche, en ce sens que la rupture est précédée d'une brève phase de très forte Compression dans une configuration aplatie en crêpe, au cours de laquelle la densité et la température dans le coeur de l'étoile peuvent augmenter assez pour faire détoner une fraction importante du fuel thermonucléaire disponible. On peut s'attendre à des effets semblables lors de collisions directes entre deux étoiles identiques animées d'une vitesse relative dépassant largement la vitesse de libération minimale requise pour la rupture. En ce qui concerne le problème de marée, des estimations quantitatives peuvent être faites dans le cadre d'un modèle d'étoile affine idéalisé, où l'on suppose que les couches de densité constante gardent une forme ellipsoidale. Le modèle affine, qui inclut la compressibilité et des effets non adiabatiques tels que la génération d'énergie nucléaire et la dissipation visqueuse, est complètement décrit en termes d'une matrice 3x3 de déformation, dont l'évolution détermine les variations temporelles des axes principaux de l'ellipsoïde et des composantes du vecteur de vitesse angulaire et du vecteur de vorticité. On rappelle comment la plupart des propriétés mécaniques bien connues des modèles incompressibles peuvent se généraliser au modèle affine compressible. L'application du modèle affine au problème d'une étoile plongeant profondément dans le rayon de Roche d'un trou noir géant permet d'évaluer les quantités physiques extrémales telles que densité, température, etc. . . Dans la configuration en crêpe, en fonction du facteur de pénétration. Les calculs anatytiques et numériques mènent à la conclusion que le noyau d'une étoile ordinaire de la séquence principale pénétrant d'un facteur 15 subit une compression et un chauffage à 106 g/cm3 et 109K pendant 1 seconde lors du passage au périastre. Lorsque le champ gravitationnel extérieur est décrit dans le Cadre de la Relativité Générale en termes de la géométrie spatio-temporelle de Schwarzschild, des effets de compressions multiples se produisent en maintes circonstances.