1. Effets de marée : rupture explosive d'étoiles par un trou noir géant
- Author
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Jean-Pierre Luminet
- Subjects
Physics ,General Physics and Astronomy ,Humanities - Abstract
Cet article passe en revue les developpements recents dans l'etude du comportement d'un corps en mouvement dans le champ de maree d'une source rigide compacte. Depuis les travaux de pionnier de Roche et de ses successeurs, il est bien connu qu'il existe des figures d'equilibre stationnaire ellipsoidales pour un corps homogene incompressible en orbite circulaire dont le rayon depasse une limite critique de Roche, donnee par (M/ρ *)1/3, ou M est la masse de la source et ρ * la densite du corps deforme. Quand le corps se deplace dans un champ de maree variable, du moment angulaire et des mouvements internes de vorticite uniforme se developpent de facon a maintenir une figure ellipsoidale. Le sort ultime d'un corps transgressant la limite de Roche peut etre elucide en integrant les equations du mouvement interne. Le corps est generalement detruit apres son passage dans le rayon de Roche, sa forme evoluant vers un cigare indefiniment long et mince pour une penetration modeste ou vers un disque indefiniment plat en cas de penetration plus grande. Suivant l'idee originale de Carter et Luminet (1982), l'article attire ensuite l'attention sur le fait que la compressibilite du materiel stellaire conduit a un comportement radicalement different en cas de forte penetration dans le rayon de Roche, en ce sens que la rupture est precedee d'une breve phase de tres forte compression dans une configuration aplatie en crepe, au cours de laquelle la densite et la temperature dans le coeur de l'etoile peuvent augmenter assez pour faire detoner une fraction importante du fuel thermonucleaire disponible. On peut s'attendre a des effets semblables lors de collisions directes entre deux etoiles identiques animees d'une vitesse relative depassant largement la vitesse de liberation minimale requise pour la rupture. En ce qui concerne le probleme de maree, des estimations quantitatives peuvent etre faites dans le cadre d'un modele d'etoile affine idealise, ou l'on suppose que les couches de densite constante gardent une forme ellipsoidale. Le modele affine, qui inclut la compressibilite et des effets non adiabatiques tels que la generation d'energie nucleaire et la dissipation visqueuse, est completement decrit en termes d'une matrice 3 x 3 de deformation, dont l'evolution determine les variations temporelles des axes principaux de l'ellipsoide et des composantes du vecteur de vitesse angulaire et du vecteur de vorticite. On rappelle comment la plupart des proprietes mecaniques bien connues des modeles incompressibles peuvent se generaliser au modele affine compressible. L'application du modele affine au probleme d'une etoile plongeant profondement dans le rayon de Roche d'un trou noir geant permet d'evaluer les quantites physiques extremales telles que densite, temperature, etc... dans la configuration en crepe, en fonction du facteur de penetration. Les calculs analytiques et numeriques menent a la conclusion que le noyau d'une etoile ordinaire de la sequence principale penetrant d'un facteur ∼ 15 subit une compression et un chauffage a environ 10^6 g/cm3 et 10^9 K pendant 1 seconde lors du passage au periastre. Lorsque le champ gravitationnel exterieur est decrit dans le cadre de la Relativite Generale en termes de la geometrie spatio-temporelle de Schwarzschild, des effets de compressions multiples se produisent en maintes circonstances. Les phenomenes spectaculaires provenant de la detonation nucleaire de certains elements de l'etoile sont ensuite passes en revue, depuis la capture acceleree de protons par les elements de masse intermediaire jusqu'a la plus rare, mais beaucoup plus energetique, combustion explosive de l'helium. Par l'effet de fronde bien connu, le gaz stellaire peut etre finalement ejecte avec des vitesses de plusieurs milliers de km/s et echapper definitivement au puits gravitationnel du trou noir. Il est couramment accepte que les phenomenes tres energetiques dans les noyaux de galaxies peuvent s'expliquer par l'accretion de gaz sur un trou noir geant, le gaz necessaire etant vraisemblablement produit lors de la rupture d'etoiles par effet de maree ou par collision interstellaire a grande vitesse au voisinage du trou noir. On peut donc esperer que le mecanisme de rupture explosive d'une etoile jette quelques lueurs nouvelles sur l'evolution generale des noyaux galactiques. Il propose de plus un site astrophysique nouveau, riche en hydrogene, pour la nuclesynthese des isotopes lourds.
- Published
- 1985
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