Simuler et étudier les jets stellaires en laboratoire

Publié par Michel le 03/03/2008 à 00:00
Source: CNRS / INSU
Illustrations: © HST. NASA/ESA & © LERMA. SNL. BLIC
Des chercheurs du réseau européen JETSET viennent d'étudier les jets produits par des étoiles jeunes éjectant de la matière, les objets Herbig Haro. Pour cette étude ils ont reproduit ces jets, d'une part par expérience en laboratoire, d'autre part par simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...). Cette double approche expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) et virtuelle permet ainsi de démontrer que le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) interstellaire joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle fondamental en interagissant avec le jet, créant ainsi ces nodules et ces ruptures (Ruptures est le second album de la série de science-fiction Orbital constituée de...) de structure.


Image du jet Herbig Haro 47 prise avec le télescope spatial Hubble

Les objets Herbig Haro (HH) sont des nébulosités associées à des étoiles jeunes. Il s'agit d'éjection de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) sous la forme de jet. Ces jets présentent sur leur trajet une succession compliquée de chocs d'étrave (L'étrave est la pièce saillante de la coque d'un navire qui prolonge la quille vers l'avant. Plus...) et de noeuds et une dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) complexe et variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) qui résulte de leur interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) avec le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre...) (voir HH 47 ci-dessus). Leur morphologie est un traceur de l'histoire de leur formation et de leur interaction avec le milieu interstellaire. Certains jets, par exemple HH 502, présentent une courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure...) en forme de C qui est d'ordinaire attribuée à la présence d'un vent "effectif" produit, soit par le mouvement propre (En astronomie, on appelle mouvement propre le mouvement apparent des étoiles sur la sphère...) de la source dans le milieu interstellaire, soit par des écoulements issus de sources proches.

Pour étudier la dynamique et la structure de ces jets et l'origine de ces courbures, une équipe internationale conduite par un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) du LERMA (unité mixte de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...): CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...), Universités Cergy-Pontoise et Pierre et Marie Curie (Marie Curie (née Maria Skłodowska le 7 novembre 1867 à Varsovie, Pologne...), Ecole Normale Supérieure), vient de réaliser une double approche: l'expérience en laboratoire et la simulation numérique. Pour ce qui est de l'expérience en laboratoire, les jets expérimentaux ont été produits sur le générateur de courant pulsé MAGPIE de l'Imperial College. Le jet expérimental a les caractéristiques requises des jets HH des étoiles jeunes, mais avec des échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) et de distances différentes de l'ordre de la nanoseconde et du centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.). La vitesse (On distingue :) typique de propagation est de l'ordre de 100 à 200 km/s. L'interaction de ce jet expérimental avec un vent latéral (30 à 50 km/s) est obtenue grâce à un plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées...) d'ablation généré sur une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux...) par un fort rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) XUV. En ce qui concerne la simulation numérique, le et astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) virtuel a été obtenu avec des paramètres typiques des jets stellaires, par exemple des temps d'écoulement de centaines d'années et des distances équivalentes aux centaines d'unités astronomiques (1 unité astronomique (L’unité astronomique (symbole ua) correspond approximativement à la longueur du demi-grand...) = la distance Terre-Soleil, soit 150 millions de km).


Emission XUV de l'expérience qui montre un choc interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) et un jet courbé

La dynamique du jet est similaire dans l'expérience et dans la simulation, marquée par la formation d'une série de chocs d'étraves et de noeuds. La collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) entre le jet et le vent génère un choc d'étrave qui enveloppe tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le jet. Le jet développe une forme très asymétrique et la partie amont du cocon (Le cocon est l'enveloppe de la nymphe de certains insectes. On appelle aussi cocon le sac que les...) disparaît. Un choc oblique se forme au centre du jet et commence à courber ce dernier. La tête du jet finit par se détacher et son mouvement devient balistique (La balistique est la science qui a pour objet l'étude du mouvement des projectiles.). La présence de chocs internes est visible à la fois dans l'expérience et dans la simulation.

Un résultat important est que la structure observée dans le "pseudo jet HH" et la destruction du choc d'étrave résultent uniquement de l'interaction avec le vent et ne sont pas liées à une quelconque variabilité de l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) du jet. Il en est de même des chocs internes. Le jet est sujet au déclenchement d'instabilités qui tendent à séparer le jet en filaments.


Simulation d'un jetastrophysique (100 km/s, 1 000 particules par cm3)
interagissant avec un vent latéral (25 km/s, 100 particules par cm3).
L'échelle est 2 004 x 4 864 unités astronomiques

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