Instabilité advective-acoustique et explosion des supernovae – Vortexplosion

1- Contexte scientifique et objectifs du projet : - - Pourquoi les supernovae explosent elles ? La compréhension du mécanisme d'explosion des supernovae par effondrement du c?ur est insatisfaisante malgré les efforts des simulations numériques lourdes. La découverte récente de l'instabilité advective-acoustique (I2A) par Foglizzo (2002) et Blondin et al. (2003) a ouvert de nouvelles perspectives concernant l'asymétrie de l'explosion, et sa source d'énergie. Fondée sur le couplage entre perturbations advectées (entropie/vorticité) et acoustiques, cette instabilité semble privilégier un mode oscillatoire instable, l=1, entre le choc en panne et l'étoile à neutrons. L'asymétrie est telle qu'elle communique à l'étoile à neutrons une vitesse pouvant atteindre 1000km/s, compatible avec la distribution anormale des vitesses des pulsars (Scheck et al. 2004, 2006). D'autre part, les simulations numériques de Burrows et al. (2005) indiquent que l'I2A peut aussi être le point de départ d'un nouveau scénario acoustique d'explosion, alternatif au mécanisme classique fondé sur le chauffage par les neutrinos. - Ces résultats sont les fruits de simulations numériques complexes, difficiles à interpréter. Ils ont mis en lumière l'urgence de mieux comprendre les caractéristiques fondamentales de l'I2A. L'ampleur de ses conséquences potentielles soulève de nouvelles questions brûlantes : comment est-elle modifiée par la rotation du c?ur de l'étoile ? par son champ magnétique ? La réponse à ces questions constitue l'objectif principal de ce projet. - - Le groupe de Saclay est pionnier pour la découverte de cette instabilité (Foglizzo 2002) et leader pour sa mise en évidence par des méthodes perturbatives complémentaires des simulations numériques. Tirant parti de cette position privilégiée, ce projet se propose non seulement de clarifier les caractéristiques fondamentales de l'I2A dans le contexte des simulations actuelles de supernovae, mais surtout de bâtir la théorie de cette instabilité dans un milieu magnétisé et en rotation. Cette théorie sera fondée à la fois sur une approche perturbative, et sur des simulations numériques légères de modèles simplifiés. - - 2- Description du projet, méthodologie : - - Le projet consiste à caractériser l'I2A dans le contexte supernova par l'étude de modèles suffisamment simplifiés pour privilégier une compréhension analytique de l'effet des phénomènes de convection, de rotation et de champ magnétique. - - Les deux outils complémentaires de ce projet sont : - - l'etude de stabilité linéaire des modèles simplifiés par des techniques perturbatives originales: au delà du calcul des modes propres, analyse des efficacités de couplage advectif-acoustique. - - la réalisation de simulations numériques légères de ces modèles simplifiés pour confirmer les résultats linéaires et interpréter les effets non linéaires - - Ce travail repose sur une interaction étroite avec les groupes leaders en simulations numériques lourdes. Cette interaction est essentielle au départ du projet pour concevoir judicieusement un modèle simplifié, puis à la fin pour tester la pertinence des résultats obtenus. Une collaboration privilégiée avec le groupe de T. Janka à Garching a permis d'établir des liens durables (bourse Egide 2005-2007). L'arrivée à Saclay de T. Yamasaki pour un séjour postdoctoral de 2 ans (2007-2008) s'inscrit dans la continuité de cette interaction fructueuse entre simulations numériques lourdes et modèles analytiques simplifiés. - - La réalisation du projet dans un délai compatible avec la compétition internationale nécessite le renfort de l'équipe par un postdoc ANR. - - 3- Résultats attendus : - - Les résultats scientifiques de ce projet seront publiés dans les revues internationales à comité de lecture. Les résultats suivants sont attendus : - - Clarification des questions actuelles concernant le seuil de stabilité ce mécanisme, sa fréquence d'oscillation, son taux de croissance: diagnostic d'id