Etude des opacités spectrales dans les zones radiatives des intérieurs stellaires - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Study of the spectral opacities in the stellar radiative interiors

Etude des opacités spectrales dans les zones radiatives des intérieurs stellaires

Maëlle Le Pennec
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 983052

Résumé

Helio- and asteroseismology (SoHo, CoRoT, KEPLER...) have produced observed acoustic oscillations of thousands stars. The characteristics of these oscillations are deeply linked to the transport of radiation inside the stars. However, the comparisons of seismic data of Sun and stars with model predictions have led to significant discrepancies, which could be due to a bad knowledge of production and transport of energy. Beta-Cephei are pulsating stars, progenitors of supernovae and thus deeply linked to our understanding of stellar medium enrichment. Their study has shown some difficulty to predict the observed oscillation modes, which are directly linked to a bump of the opacity of the elements of the iron group (Cr, Fe, Ni) at log T = [5.25 - 5.3] through their pulsating mechanism called the kappa-mechanism. We show that the different parameters of the stars (mass, age, metallicity) have a great influence on the amplitude of the bump, and then on the structure of the considered star. The mastery of the kappa-mechanism that produces the pulsation of these stars supposes a fine determination of the peak opacity of the iron group in their envelopes. We present the final results of an experiment conducted at LULI 2000 in 2011 on Cr, Fe and Ni and a theoretical comparison between OP, ATOMIC and SCO-RCG codes. We show how to improve the opacity in the range of temperature around log T = 5.3. The Sun is, as being our closest star, a privilege place to test and validate physics. However, the solar physics is not yet completely understood. Indeed, since the recent update of the solar composition, there are significant differences between solar models predictions and seismic data, clearly visible on the solar sound speed profile comparison. The well established large discrepancy (Turck-Chièze, 2001; Turck-Chièze et al., 2004; Turck-Chièze et al., 2011; Christensen-Dalsgaard et al., 2009; Basu et al., 2014) could be linked to radiative transfer issue. Two directions of investigations are possible. One possibility to explain this gap could be that the Sun produces slightly more energy than it liberates on its surface (around 5%). This energy could be transformed into macroscopic motions in the radiative zone, which are not taken into account in the solar standard model. Another explanation could be that the calculations of energy transport are not accurately taken into account either on the calculation of the Rosseland mean values and (or) in the treatment of the radiative acceleration. This could have some impact on the determination of the internal solar abundances. Unfortunately, there are very few experiments to validate these calculations (Bailey et al., 2009, 2015). That’s why we are proposing an opacity experiment on a high-energy laser like LMJ, in the conditions of the radiative zone (T = [2 x 10^6 - 15 x 10^6 K] and rho = [0.2 - 150 g/cm3]). The aim is to measure the opacity of the most important contributors to the global opacity in this solar area : iron, oxygen and silicon. We are using a technical approach called the Double Ablation Front, driven by plasma radiative effects to reach these high temperatures and densities at LTE and validate or not plasma effects and line widths. I will show the principle of this technique and the results of our simulations on several elements. In parallel, we are also exploiting new opacity calculations thanks to the OPAS code (Blancard et al., 2012) at the conditions of the solar radiative zone. I will show the impact of these calculations on the solar model and on the age of solar-like stars.
Les progrès de l’hélio- et plus généralement de l’astérosismologie permettent aujourd’hui de sonder les étoiles avec une précision jusqu’à présent inégalée. Des informations cruciales sur leur structure interne sont ainsi extraites des observations des oscillations stellaires. Ces observations, comparées aux prédictions théoriques obtenues par les codes de structure stellaire font apparaître des différences significatives, qui pourraient être liées entre autre à une mauvaise connaissance de la production et du transport de l’énergie dans les étoiles. Les Bêta-Céphei sont des étoiles pulsantes progéniteurs de supernovae et de ce fait, intrinsèquement liées à notre compréhension de l’enrichissement du milieu interstellaire. Leur étude montre des difficultés à prédire leurs modes d’oscillation, qui sont générés par un pic d’opacité des éléments du groupe du fer (dominé par les éléments chrome, fer, nickel) autour de log T = 5.3 via le kappa-mécanisme. Dans la première partie de ce manuscrit, nous allons exposer le fonctionnement de ce mécanisme et nous montrerons qu’il suppose une détermination fine des paramètres de l’étoile (masse, âge et métallicité) mais aussi des opacités des trois éléments précédemment cités compte-tenu de leur implication directe dans les pulsations de ces étoiles. Nous exposerons ensuite le résultat d’une expérience menée au LULI en 2011 sur ces trois éléments ainsi que le résultat de comparaisons théoriques de calculs d’opacité utilisés en astrophysique avec de nouveaux calculs d’opacité. Notre étoile hôte, le Soleil, est un endroit privilégié pour tester et valider nos connaissances de la physique stellaire. Cependant, il apparaît que la physique solaire n’est pas entièrement bien comprise. En effet, il existe des différences entre les modèles solaires et les observations sismiques, visibles par exemple sur le profil de vitesse du son (Turck- Chièze, 2001; Turck-Chièze et al., 2004; Turck-Chièze et al., 2011; Christensen-Dalsgaard et al., 2009; Basu et al., 2014). Ces différences bien établies conduisent à ré-examiner les calculs de transfert de rayonnement dans la zone radiative solaire. La seconde partie de ce manuscrit sera consacrée à cet axe de recherche et à toutes ces difficultés, avec la mise en place d’une nouvelle plateforme expérimentale dédiée à la mesure des opacités dans les conditions solaires. Une étude détaillée de la façon dont les opacités sont utilisées dans les codes de structure stellaire, ainsi que la prise en compte de nouveaux calculs seront également présentées.
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  • HAL Id : tel-01326025 , version 1

Citer

Maëlle Le Pennec. Etude des opacités spectrales dans les zones radiatives des intérieurs stellaires. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris Diderot, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01326025⟩
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