Supernovae theory : study of electro-weak processes during gravitational collapse of massive stars
par Anthea Francesca Fantina
Thèse de doctorat en Physique
Sous la direction de Elias Khan et de Pierre Massimo Pizzochero.
Soutenue en 2010
à Paris 11 en cotutelle avec l'Università degli studi di Milano , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .
mots clés-
Titre traduit
Théorie des supernovae : étude des processus electro-faibles dans l'effondrement gravitationnel des étoiles massives
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Résumé
Dans le cadre de la théorie des Supernovae de type II, la plus part des simulations numériques échouent de reproduire l'explosion observée, à cause de phénomènes hydrodynamiques et des processus nucléaires pas encore bien connus. Le but de ce travail est d'étudier certains processus microphysiques et d'évaluer leur impact parmi des simulations hydrodynamiques. Parmi les processus électro-faibles intervenant pendant l'effondrement, le plus important est la capture électronique, crucial pour déterminer l'évolution de la fraction leptonique dans la phase de neutronization. Elle a un impact sur l'efficacité du rebond et l'énergie de l'onde du choc. De plus, l'équation d'état de la matière et les taux de capture électronique dans les noyaux sont modifiés par la masse effective des nucléons dans les noyaux, dûe aux corrélations à multi-corps, et à sa dépendance de la température. On présente un modèle nucléaire avec le but d'étudier la masse effective nucléaire. On a inclus dans une approche de la fonctionnelle de la densité une masse effective piquée en surface pour reproduire des effets au delà de Hartree-Fock. On présente aussi les modèles de supernova sur lesquels j'ai travaillé, dans une approximation à une zone et à une dimension en symétrie sphérique, newtonienne et en relativité générale. On montre que, en introduisant une masse effective dépendante de la température dans un code à une zone et newtonien en symétrie sphérique avec transport des neutrinos, la deleptonization est réduite : cela a un impact non-negligeable sur la formation de l'onde du choc. On présente aussi les résultats obtenus avec un code en relativité générale avec un traitement muIti-groupe des neutrinos.
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Résumé
Ln the framework of type II Supernovae theory, most of numerical simulations of the supernova core collapse and shock wave propagation fail to reproduce the observed explosion, because of both hydrodynamical phenomena and to some microphysical processes involved in the picture and not yet completely understood. The aim of this work is to investigate some microphysical aspects and to analyze their effects through hydrodynamical simulations. Among electro-weak processes occuring in core-collapse supernova, the most important one is the electron capture, crucial to determine the evolution of lepton fraction during the neutronization phase. It affects the efficiency of the bounce and the strength of the shock wave. Moreover, both the equation of state of supernova matter and electron capture rates in nuclei are modified by the nuclear effective mass in nuclei, induced by many-body correlations, and its temperature dependence. I will present a nuclear model aimed at studying the nuclear effective mass. We have included in a energy density functional approach a surface-peaked nuclear effective mass to mimic some effects beyond Hartree-Fock. I will then present the supernova models I have worked on, in a one-zone approximation, and in spherically symmetric one-dimensional approximation, Newtonian and General Relativistic. We will show that, introducing a temperature dependent effective mass into a one-zone and a one dimensional Newtonian code with neutrino transport, the deleptonization is reduced and has a non-negligible effect on the shock wave energetics. We will also present results obtained with the General Relativistic code with a multi-group treatment of neutrinos.
