Rupture explosive d'étoiles par les trous noirs massifs et éruptions X-UV dans les noyaux de galaxies

Explosive disruption of stars by massive black holes and X-UV flares in galactic nuclei

• Auteur / Autrice : Matthieu Brassart
• Direction : Jean-Pierre Luminet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Champs, particules, matière
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs gravitationnels

Explosions

Noyaux galactiques

Trous noirs (astronomie)

Résumé

Une étoile typique de la séquence principale peut être brisée dans le champ gravitationnel d'un trou noir massif de plusieurs centaines de milliers à centaines de millions de masses solaires sans toutefois franchir son horizon. Ce processus de rupture est présenté, ainsi que certaines observations d'éruptions de luminosité X-UV en provenance de centres galactiques proches interprétées comme des retombées d'étoiles brisées. Lorsque l'étoile s'aventure suffisamment proche du trou noir, les effets de marée l'aplatissent violemment en une configuration transitoire de "crêpe" ultra-chaude et dense préalablement à sa rupture. Un modèle hydrodynamique basé sur une stratégie numérique de type Godunov a été considéré pour analyser la formation de la crêpe stellaire et suivre le développement associé des ondes de choc. Les simulations hydrodynamiques montrent que les conditions thermodynamiques induites au coeur de l'étoile comprimée autorisent le déclenchement de réactions thermonucléaires explosives. En outre, elles font apparaître que les ondes de choc transportent à la surface de l'étoile un bref et intense pic de température susceptible d'engendrer un nouveau type de sursaut X ou gamma. Cette signature observationnelle permettrait ainsi de détecter directement des ruptures d'étoiles. La fréquence de tels sursauts est estimée à environ 10-5 par an par galaxie. Puisque la majorité des galaxies abritent un trou noir massif en leur centre, et puisque l'Univers est transparent aux rayonnements X et gamma, plusieurs événements de ce genre seraient détectables chaque année dans l'ensemble de l'Univers observable.

Atypical main-sequence star can be disrupted by the gravitational field of a massive black hole of several hundreds of thousands to hundreds of millions solar masses without falling in the event horizon. Such a disruptive process is presented, as welI as some X-UV flares from nearby galactic nuclei interpreted as the aftermath of disrupted stars. When the star approaches sufficiently to the black hole, it is violently flattened in a transient ultra hot and dense "pancake" configuration by the tidal effects before being disrupted. A hydrodynamical model based on a Godunov-type approach has been considered to study the stellar pancake formation and to follow the development of shock waves. The hydrodynamical simulations show that the thermodynamical conditions induced within the compressed stellar core enable explosive thermonuclear reactions to be triggered. They also underline that the shock waves carry a brief but very high peak of temperature to the stellar surface likely to give rise to a new type of X or gamma flare. This observational signature would thus enable to directly detect stellar disruptions. The frequency of such flares is estimated to be about 10-5 per year per galaxy. Since most of the galaxies harbour a central massive black hole, and since the Universe is transparent in X- and gamma-ray bands, several events of this kind per year would be detectable in the full observable Universe.