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

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

• Auteur / Autrice : Lucile Van Box Som
• Direction : Andrea Ciardi, Émeric Falize
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 20/03/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Caterina Riconda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Cherfils, Christophe Balland, Jean-Marc Bonnet-Bidaud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jürgen Knödlseder, Alexis Casner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Astrophysique

Accrétion (astrophysique)

Naines blanches

Mots clés libres

Hydrodynamique radiative

Variables cataclysmiques magnétiques

Processus d'accrétion

Lois d'échelle

Astrophysique de laboratoire

Physiques des hautes densités d'énergie

Laboratory Astrophysics

Magnetic Cataclysmic variables

Accretion

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.

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.