Explosion asymétrique des supernovae gravitationnelle

Asymmetric explosions of core collapse supernovae

• Auteur / Autrice : Jérôme Guilet
• Direction : Thierry Foglizzo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Instabilités hydrodynamiques

Champs magnétiques

Magnétohydrodynamique

Supernovae

Physique des hautes énergies

Résumé

Cette thèse se propose d'étudier plusieurs phénomènes hydrodynamiques et magnétohydrodynamiques pouvant induire une asymétrie dans les explosions de supernovae gravitationnelles. Dans la première partie de ce manuscrit consacrée au contexte général, nous décrivons d'abord les indications théoriques et observationnelles suggérant une asymétrie importante. Nous présentons ensuite plusieurs instabilités susceptibles de briser la symétrie sphérique initiale, en insistant en particulier sur le rôle de l'instabilité du choc d'accrétion nommée SÀSI. La deuxième partie constitue une étude hydrodynamique de SASI. Nous présentons tout d'abord un argument utilisant la fréquence des modes instables et permettant de trancher entre les deux mécanismes proposés pour expliquer la croissance linéaire de SASI. Dans un deuxième temps, nous étudions la dynamique non linéaire de SASI et proposons pour la première fois un mécanisme responsable de sa saturation. Dans ce scénario, la saturation est due à la croissance d'instabilités parasites sur le mode de SASI. La prédiction semi analytique de l'amplitude de saturation est comparée avec succès à des simulations numériques publiées. La troisième partie décrit l'effet d'un champ magnétique modéré. Nous montrons que celui-ci peut avoir un effet stabilisant ou déstabilisant sur SASI selon sa géométrie. Nous nous concentrons ensuite sur la dynamique d'une surface d'Alfvén, où les vitesses d'advection et d'Alfvén coïncident. Nous montrons que l'amplification d'ondes d'Alfvén à proximité de cette surface crée une rétroaction acoustique, qui pourrait affecter la dynamique du choc si l'énergie magnétique est comparable à l'énergie cinétique.

This thesis is devoted to the study of several hydrodynamical and magnetrohydrodynamical phenomena that could create an asymmetry in core collapse supernovae. In the first part giving the general context, we first describe the theoretical and observational indications suggesting an I important asymmetry. We then present several instabilities that could break the initial spherical symmetry, insisting particularly on the role of the Stationary Accretion Shock Instability (SASI). The second part is dedicated to a hydrodynamical study of the Standing Accretion shock instability. We first give an argument using the frequency of unstable modes that enables us to distinguish between the two mechanisms proposed to explain the linear growth of SASI. As a second step, we study thé non-linear dynamics of SASI and propose for the first time a mechanism responsible for its saturation. In this scenario, the saturation occurs when parasitic instabilities are able to grow fast enough on a SASI mode. The semi-analytical prediction of the saturation amplitude is successfully compared with published numerical simulations. The third part studies the effect of a moderate magnetic field. We find that such a magnetic field can have either a stabilizing or a destabilizing effect on SASI depending on its geometry. We then concentrate on the dynamics of the Alfvén surface, where the Alfvén and the advection speed coincide. We show that the amplification of Alfvén waves near this surface creates a pressure feedback, which could affect significantly the dynamics of the shock if the magnetic energy is comparable to the kinetic energy.