{"id":479,"date":"2022-09-15T23:36:53","date_gmt":"2022-09-15T23:36:53","guid":{"rendered":"https:\/\/campusunivers.com\/?p=479"},"modified":"2022-10-07T01:00:27","modified_gmt":"2022-10-07T01:00:27","slug":"et-facta-est-lux-aux-origines-de-la-luminosite-extreme-des-grands-cataclysmes-cosmiques","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/campusunivers.com\/?p=479","title":{"rendered":"Et facta est lux : aux origines de la luminosit\u00e9 extr\u00eame des grands cataclysmes cosmiques"},"content":{"rendered":"\n

Dans une \u00e9tude parue dans la revue Astrophysical Journal Letters<\/em>, une \u00e9quipe de chercheurs de l\u2019Universit\u00e9 de Princeton, de l\u2019Institut d\u2019Astrophysique de Paris et du Commissariat \u00e0 l\u2019\u00e9nergie atomique et aux \u00e9nergies alternatives (CEA) l\u00e8ve le voile sur les processus d\u2019acc\u00e9l\u00e9ration \u00e9lectronique dans les ondes de choc provoqu\u00e9es par les sursauts gamma, expliquant et confirmant leur grande efficacit\u00e9 radiative.<\/p>\n\n\n\n

Les sursauts gamma \u2013 sources ultra-puissantes de l\u2019Univers lointain \u2013 r\u00e9sultent de ph\u00e9nom\u00e8nes cataclysmiques li\u00e9s \u00e0 l\u2019implosion d\u2019une \u00e9toile super-massive ou \u00e0 la collision d\u2019astres compacts, comme les \u00e9toiles \u00e0 neutrons ou les trous noirs.  
Leur lumi\u00e8re r\u00e9siduelle peut \u00eatre capt\u00e9e longtemps apr\u00e8s la disparition du syst\u00e8me qui leur a donn\u00e9 naissance, offrant ainsi une contrepartie lumineuse aux signaux d\u2019ondes gravitationnelles d\u00e9tect\u00e9s depuis peu. Selon le paradigme actuel, une onde de choc d\u00e9clench\u00e9e par l\u2019explosion balaie le milieu ext\u00e9rieur \u00e0 une vitesse proche de celle de la lumi\u00e8re, chauffe, puis acc\u00e9l\u00e8re les \u00e9lectrons pr\u00e9sents, qui produisent alors le rayonnement observ\u00e9. L\u2019extr\u00eame luminosit\u00e9 de ces ph\u00e9nom\u00e8nes cataclysmiques tient aux \u00e9nergies consid\u00e9rables que les \u00e9lectrons atteignent lors de leur travers\u00e9e de l\u2019onde de choc, par un m\u00e9canisme longtemps rest\u00e9 myst\u00e9rieux.<\/p>\n\n\n\n

Des ondes de choc exceptionnelles, visibles uniquement dans l’espace<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Dans le contexte de l\u2019astronomie multi-messag\u00e8re, les signatures radiatives de tels objets attirent l\u2019attention d\u2019un parc instrumental florissant dont attestent, par exemple, les futures observations de r\u00e9manences par le Cherenkov Telescope Array (CTA) pour les rayons gammas et le Space Variables Objects Monitor (SVOM) dans le domaine X, sans oublier les contreparties en ondes gravitationnelles. Ces signaux sugg\u00e8rent que des ondes de choc anim\u00e9es de vitesses proches de celle de la lumi\u00e8re se sont form\u00e9es au voisinage de ces objets et y ont acc\u00e9l\u00e9r\u00e9 les \u00e9lectrons ambiants \u00e0 tr\u00e8s haute \u00e9nergie. Une telle capacit\u00e9 n\u2019est pas donn\u00e9e aux ondes de choc hydrodynamiques rencontr\u00e9es sur Terre, qui se propagent par l\u2019entremise de collisions entre particules. Les plasmas astrophysiques sont, eux, bien trop rar\u00e9fi\u00e9s pour que les collisions puissent op\u00e9rer, en sorte que les chocs qui y naissent r\u00e9sultent de structures turbulentes \u00e9lectromagn\u00e9tiques, coh\u00e9rentes sur plusieurs centaines de kilom\u00e8tres. Ce sont elles qui, cr\u00e9\u00e9es en amont par interaction entre le plasma ambiant et les particules acc\u00e9l\u00e9r\u00e9es par le choc, compriment et chauffent progressivement le plasma balay\u00e9 par le choc. L\u2019analyse des observations radiatives sugg\u00e8re que les \u00e9lectrons atteignent alors des temp\u00e9ratures d\u2019environ 1014<\/sup>K.<\/p>\n\n\n\n

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\"\"<\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Figure 1 : Vue d\u2019artiste de la coalescence d\u2019un syst\u00e8me d\u2019\u00e9toiles \u00e0 neutrons, donnant lieu \u00e0 l\u2019\u00e9mission d\u2019ondes gravitationnelles et d\u2019un jet de mati\u00e8re se propageant \u00e0 une vitesse proche de celle de la lumi\u00e8re. Un choc se forme \u00e0 l\u2019interface entre ce jet et le milieu ext\u00e9rieur, compos\u00e9 d\u2019un plasma d\u2019\u00e9lectrons et d\u2019ions. L\u2019encart montre la carte de temp\u00e9rature (en kelvins et en \u00e9chelle logarithmique) des \u00e9lectrons, telle que pr\u00e9dite par une simulation num\u00e9rique de type particle-in-cell. La temp\u00e9rature des \u00e9lectrons se propageant de la droite vers la gauche cro\u00eet fortement \u00e0 mesure qu\u2019ils se rapprochent du milieu choqu\u00e9 (\u00e0 gauche), dans le r\u00e9f\u00e9rentiel duquel la simulation est r\u00e9alis\u00e9e.<\/em>
\u00a9 NASA\u2019s Goddard Space Flight Center\/CI Lab, Arno Vanthieghem (PU).<\/p>\n\n\n\n

Des temp\u00e9ratures extr\u00eames enfin expliqu\u00e9es ?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Plusieurs m\u00e9canismes ont \u00e9t\u00e9 invoqu\u00e9s pour expliquer un tel chauffage sans qu\u2019aucun, toutefois, ne fasse consensus. En collaboration avec un chercheur de l\u2019universit\u00e9 de Princeton aux \u00c9tats-Unis, une \u00e9quipe fran\u00e7aise vient de proposer un mod\u00e8le permettant de rendre compte de ce chauffage durant la travers\u00e9e du choc. Dans ce mod\u00e8le, la diff\u00e9rence de masse entre les ions et les \u00e9lectrons du plasma entra\u00eene leur d\u00e9couplage lors de leur interaction avec la turbulence : les \u00e9lectrons, plus l\u00e9gers, sont pi\u00e9g\u00e9s par friction sur les structures \u00e9lectromagn\u00e9tiques, tandis que les ions, plus lourds, peuvent s\u2019en extraire. Cette diff\u00e9rence de charge cr\u00e9e un champ \u00e9lectrique intense qui conduit au chauffage voulu par un effet analogue \u00e0 l\u2019effet Joule.
Cette description th\u00e9orique, \u00e0 la base d\u2019un mod\u00e8le r\u00e9duit de simulation num\u00e9rique de type Monte Carlo, a \u00e9t\u00e9 corrobor\u00e9e par des simulations ab initio \u00e0 grande \u00e9chelle, effectu\u00e9es au moyen du code CALDER de la Direction des applications militaires du CEA (voir encart de la Fig. 1) sur le supercalculateur fran\u00e7ais OCCIGEN, gr\u00e2ce \u00e0 une allocation du Grand \u00c9quipement National de Calcul Intensif (GENCI). Ayant monopolis\u00e9 8000 c\u0153urs de calcul, pour une dur\u00e9e totale de 4.5 millions d\u2019heures, ces simulations jouent le r\u00f4le d\u2019exp\u00e9riences virtuelles recr\u00e9ant, in silico, les conditions extr\u00eames de ces milieux astrophysiques. Les r\u00e9sultats obtenus font l’objet d’une publication dans Astrophysical Journal Letters.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Auteurs :<\/strong>
Arno Vanthieghem1<\/sup>, Martin Lemoine2<\/sup>, et Laurent Gremillet3<\/sup>
1<\/sup> Universit\u00e9 de Princeton
2<\/sup> Institut d\u2019Astrophysique de Paris
3<\/sup> Commissariat \u00e0 l\u2019\u00e9nergie atomique et aux \u00e9nergies alternatives<\/p>\n\n\n\n

D\u00e9couvrir l’article paru dans Astrophysical Journal Letters (en anglais)<\/a><\/p>\n\n\n\n

Contact<\/h2>\n\n\n\n

Arno Vanthieghem<\/h3>\n\n\n\n

Chercheur postdoctorant, Universit\u00e9 de Princeton<\/p>\n\n\n\n

Source :<\/strong> https:\/\/sciences.sorbonne-universite.fr\/actualites\/et-facta-est-lux-aux-origines-de-la-luminosite-extreme-des-grands-cataclysmes-cosmiques<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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