Asymmetric explosion of core-collapse supernovæ
Explosion asymétrique des supernovæ gravitationnelles
Résumé
The observational history of supernovæ dates back to several millennia, but it has been less than one hundred years since we know that some of them mark the death of massive stars. The gravitational collapse of the iron core at the centre of those stars can lead to the birth of a neutron star and the onset of one of those spectacular explosions, thus called core-collapse supernovæ. The mechanisms at work in the innermost part of the star during the first few hundred milliseconds after the initial collapse play a key role in the success or the failure of the explosion. In particular, multi-dimensional instabilities like the standing accretion shock instability (SASI) or the neutrino-driven convection are likely to increase efficiently the matter heating by neutrinos emitted from the proto-neutron star and yield highly asymmetric explosions.In this thesis, those phenomena are studied with the help of numerical simulations of a simplified two dimensional model. This allows for a vast exploration of the parameter space that would be unreachable for more realistic models.The boundary between explosion and collapse into a black hole is established in a three parameter space, namely the stellar rotation, the neutrino heating and the accretion rate —which relates to the progenitor mass. The critical surface so defined allows us to characterise the impact of multi-dimensional instabilities on the explosion threshold. The effects of rotation are important for models with a low accretion rate. These results allow us to reinterpret the seemingly contradictory results of more realistic models. The stochasticity of the results near the explosion threshold is highlighted. This effect is more pronounced for low rotation and accretion rates. The different paths to explosion observed in our simulations are described and illustrated with the analysis of a representative sample of models. The respective roles of the different instabilities and their signatures are discussed.The set of ∼600 simulations constitutes a database offering numerous perspectives for future analysis.
L’histoire de l’observation des supernovæ remonte à plusieurs millénaires, mais cela fait moins de cent ans que l’on sait que certaines d’entre elles marquent la fin de vie des étoiles massives. L’effondrement gravitationnel du cœur de fer de ces étoiles peut conduire à la formation d’une étoile à neutrons et au déclenchement d’une de ces explosions spectaculaires, ainsi appelées supernovæ gravitationnelles. Les mécanismes à l’œuvre dans la région la plus interne de l’étoile durant les quelques centaines de millisecondes suivant l’effondrement initial jouent un rôle clé dans le succès ou non de l’explosion. En particulier, les instabilités multi-dimensionnelles telles que l’instabilité du choc d’accrétion stationnaire (SASI) ou la convection induite par les neutrinos sont susceptibles d’augmenter efficacement le chauffage de la matière par les neutrinos émis depuis la proto-étoile à neutrons et de donner lieu à des explosions fortement asymétriques.Dans cette thèse, ces phénomènes sont étudiés à l’aide de simulations numériques d’un modèle simplifié à deux dimensions. Cela permet une vaste exploration de l’espace des paramètres qui serait inaccessible pour les modèles plus réalistes.La frontière entre explosion et effondrement en trou noir est déterminée dans un espace à trois paramètres que sont la rotation stellaire, le chauffage par les neutrinos et le taux d’accrétion — qui est relié à la masse du progéniteur. La surface critique ainsi définie permet de caractériser l’impact des instabilités multi-dimensionnelles sur le seuil d’explosion. Les effets de la rotation sont importants pour les modèles présentant un faible taux d’accrétion. Ces résultats permettent de réconcilier ceux de différents modèles réalistes. Le caractère stochastique des résultats à proximité de la transition est mis en évidence ; celui-ci est d’autant plus important que la rotation et le taux d’accrétion sont faibles. Les différents chemins vers l’explosion observés dans nos simulations sont décrits et illustrés par l’analyse d’un échantillon emblématique de modèles. Les rôles respectifs des différentes instabilités et leurs signatures sont discutés.L’ensemble des ∼600 simulations réalisées constitue une base offrant de nombreuses perspectives d’analyses futures.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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