Des naines blanches magnétiques accrétantes aux plasmas laser : simulations, similitudes et expériences

par Lucile Van Box Som

Thèse de doctorat en Astrophysique

Sous la direction de Andrea Ciardi et de Émeric Falize.

Le président du jury était Caterina Riconda.

Le jury était composé de Catherine Cherfils, Christophe Balland, Jean-Marc Bonnet-Bidaud.

Les rapporteurs étaient Jürgen Knödlseder, Alexis Casner.


  • Résumé

    Les naines blanches magnétiques composent certains systèmes binaires particuliers qui accrètent la matière de leur compagnon sous la forme d’une colonne d’accrétion. Le flot de matière confiné par les lignes de champ magnétique, tombe à une vitesse supersonique au niveau du ou des pôles magnétiques de la naine blanche. Lors de l’impact, un choc d’accrétion est généré et la matière choquée se structure sous l’effet de processus radiatifs complexes. Dans ce travail, nous présentons des données observationnelles, des données de simulations numériques à l’échelle astrophysique, des études théoriques et enfin des données expérimentales obtenues sur différentes installations laser ainsi que leurs simulations numériques associées. Tout d’abord, des approches théoriques et numériques à l’échelle astrophysique permettent de décrire la structure et la dynamique de la colonne d’accrétion. En particulier, nous avons étudié l’origine d’oscillations rapides observées dans les courbes de lumière de certains objets. Puis, nous avons complété ces études par une approche expérimentale afin de construire des maquettes aux dimensions millimétriques en laboratoire des phénomènes hydro-radiatifs présents dans les colonnes d’accrétion grâce à l’utilisation de lasers de puissance. Des résultats expérimentaux obtenus sur l’installation GEKKO XII et leurs interprétations sont présentés. Enfin, nous avons optimisé un nouveau schéma expérimental en attaque indirecte pour atteindre un régime similaire sur les installations mégajoules. Les données extraites de ces expériences permettront d’apporter des éléments essentiels pour améliorer la modélisation astrophysique.

  • Titre traduit

    From magnetic accreting white dwarfs to laser plasmas : simulations, similarity and experiments


  • Résumé

    Magnetic white dwarfs are part of some binary systems which accrete matter from their companion star as an accretion column. The accretion flow confined by the magnetic field lines falls at a supersonic velocity onto the magnetic poles of the white dwarf. At the impact, an accretion shock is generated and the post-shock region is structured as a result of the effects of complex radiative processes. In this work, we present observational data, astrophysical numerical data, theoretical studies and finally experimental data obtained on different laser facilities as well as their associated numerical simulations. First, theoretical and numerical studies at the astrophysical scale describe the structure and the dynamics of the accretion column. In particular, we have studied the origin of rapid oscillations observed in the optical light curves of some objects. Then, we have completed these studies with an experimental approach to build laboratory millimetre-scaled models of the radiation hydrodynamic processes occurred in the accretion column through powerful lasers. Experimental results obtained on the GEKKO XII laser facility and their interpretations are presented. Finally, we have optimized a new experimental design to achieve a similar regime on megajoule facilities in indirect drive. The data obtained from such experiments will provide new insights to improve astrophysical modelling.

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