Laboratory astrophysics with magnetized laser-produced plasmas - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2017

Laboratory astrophysics with magnetized laser-produced plasmas

Plasmas produits par laser pour l'astrophysique de laboratoire

Résumé

The work performed during this thesis is a contribution to the relatively recent field known as high energy density laboratory astrophysics (HEDLA). The end goal was to set up for the first time an experiment representative of the accretion process occurring on the surface of young stars during a phase where they are called “T Tauri stars” (TTS). The basic experimental setup studied involves plasma generated by one or several solid targets embedded in magnetic fields of strengths up to 40 T (0.4 MG), and irradiated with a nano-second laser with intensities up to ~ 10​ 14 W/cm​2​ . By using this setup, we show that it is possible to generate collimated flows with a magnetic field topology similar to idealized magnetized accretion columns, and we present a detailed characterization of the dynamics of its impact onto a solid surface mimicking the generation of accretion shocks in T Tauri stars. In particular, we show how 3D instabilities, not captured in current astrophysical models, can modify the dynamics and the envelope of shock-heated plasma that surrounds the accretion column. We also confirm for the first time, supported by unique experimental results, that this 3D envelope has a dramatic feedback on the accreting flow itself. As an extension of this work, we also present several derived configurations which present interest to study other astrophysical objects in the laboratory.
La physique des hautes densités d'énergie pour l'astrophysique de laboratoire est devenue au cours de ces dernières années un champ de recherche particulièrement actif notamment grâce à la disponibilite grandissante des lasers de grande puissance. Dans cette thèse, je présente une étude numérique et théorique de plusieurs configurations experimentales dans lesquelles un plasma produit par laser et chauffé à plusieurs centaines d'electron-volts est couplé à un champ magnétique intense (jusqu'à 40 T). Le régime de magnétohydrodynamique (MHD) idéal atteint lors de ces expériences permet d'envisager le "scaling" de nos expériences, de dimensions millimétriques, à des échelles astrophysiques. Les jeunes étoiles en formation (YSO), notamment durant une phase connue sous le nom de "T Tauri", présentent un sujet d'études riche car la résolution spatiale et temporelle de nos instruments ne permet pas encore d'élucider les nombreux mécanismes à l'oeuvre dans ces systèmes où l'étoile intéragit fortement avec son disque d'accretion à travers la présence d'un champ magnétique. On observe ainsi notamment la génération de jets et de chocs d'accrétion. Par l'utilisation de configurations expérimentales mimiquant leur homologues astrophysiques, je présente une étude appronfondie de ces processus. Le point d'orgue de ce travail concerne la réalisation des premières simulations MHD en 3D d'un choc d'accrétion magnétisé en laboratoire. Je démontre en particulier l'importance particulière que prennent les instabilités MHD 3D dans la structuration aussi bien du flot d'accrétion que de la dynamique post-choc. Je confirme, avec l'appui inédit de résultats expérimentaux, l'effet dramatique que le "cocon" de plasma choqué a sur la colonne d'accrétion, notamment en réduisant le flux d'énergie entrant. Enfin, un certains nombre de configurations "annexes" sont presentés comme par exemple la possibilité de générer des "crêpes" de plasma en orientant le champ magnétique de manière parallèle à la cible laser.
Fichier principal
Vignette du fichier
Thesis_KHIAR.pdf (38.02 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...

Dates et versions

tel-01699030 , version 1 (01-02-2018)
tel-01699030 , version 2 (01-03-2018)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01699030 , version 1

Citer

Benjamin Khiar. Laboratory astrophysics with magnetized laser-produced plasmas. Solar and Stellar Astrophysics [astro-ph.SR]. UPMC - Université Paris 6 Pierre et Marie Curie, 2017. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01699030v1⟩
552 Consultations
88 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More