Chauffage compressionnel de l'environnement des disques magnétisés : du centre galactique aux microquasars

Compressional heating in magnetized disks neighborhood : from microquasars to the galactic center

• Auteur / Autrice : Renaud Belmont
• Direction : Michel Tagger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace. Astrophysique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Plasmas

Hautes énergies

Magnéto-hydro-dynamique

Cinétique

Résonance

Viscosité

Résumé

Les plasmas peu denses, très énergétiques et magnétisés sont des milieux courants en astrophysique. Cette thèse est dédiée à l'étude de deux milieux spécifiques caractérisés par une géométrie de disque : le centre Galactique et la couronne des microquasars. Dans chacun des deux cas, les observations suggèrent l'existence d'un plasma extrêmement chaud (100 millions et 1 milliard de degrés) et ténu dont l'origine reste un mystère ; certains indices semblent également y montrer un champ magnétique assez fort, de structure dipolaire et principalement verticale baignant ce plasma. Au centre Galactique, la température du gaz considéré est telle que, s'il était collisionnel et composé principalement d'hydrogène, il devrait s'échapper, impliquant des besoins énergétiques excessifs pour les mécanismes de chauffage. Nous montrons cependant que les conditions peuvent naturellement mener à un plasma d'hélium, confiné par le potentiel Galactique. Dans cette situation plus raisonnable, nous étudions un processus possible de chauffage reposant sur la forte viscosité du gaz et la friction sur des nuages moléculaires froids en mouvement. La problématique des microquasars est très similaire, à la différence notable près que la couronne est probablement peu collisionnelle. Nous étudions dans ce régime un mécanisme de chauffage par pompage magnétique dans lequel la résonance entre le mouvement oscillant de certains ions de la couronne et une excitation périodique des lignes de champ magnétique par une instabilité du disque peut fournir de l'énergie à la couronne. Nous montrons en particulier que ce mécanisme est insuffisant à expliquer la température observée.

Faint, magnetized and energetic plasmas are very commun media in astrophysics. This thesis is dedicated to two specific cases characterized by a thin disk geometry : the Galactic center and the corona of microquasars. In both cases, observations show evidence for a faint and very hot plasma (at 100 millions and 1 billion degrees) whose origin is unknown; some clues seem also to indicate a strong, large scale bipolar magnetic field. At the Galactic Center, the gaz temperature is such that, if it were collisional and mostly composed by hydrogen, it would escape quickly, so that the power required to sustain the related energy losses would be huge. We however show that the specific conditions of this region can lead to form a helium plasma that is confined by the Galactic potential. In this favorable situation, we study a possible heating mechanism based on the high viscosity of the hot plasma and friction with cold molecular clouds flowing in this region. The corona of microquasars is a very similar issue but it is probably little collisional. In this regime we study a heating by magnetic pumping, by which the resonance between the periodic motion of some coronal ions and the periodic excitation by an instability in the disc itself can energize the corona. We show that this mechanism is inefficient to explain the hot temperature.