Chauffage Compressionnel de l'Environnement des Disques ...

7.2 Instabilités de swing 107
tel-00011431, version 1 - 20 Jan 2006
Fig. 7.2 – Bande interdite et résonance de Lindblad pour une spirale à deux bras (m = 2).
La courbe épaisse représente ˜ω(r)/ω = 1 − mΩ/ω. Le rayon de corotation r c est définit par
˜ω = 0. Les deux courbes en trait simple représentent l’évolution de la fréquence épicyclique
κ. La bande interdite est définie autour de la corotation par : −κ < ˜ω < +κ. Le profil de
rotation est choisi ici purement képlérien : en Ω ∝ r −3/2 .
cas des disques de galaxies, la matière est présente jusqu’au centre de rotation. Les ondes
peuvent traverser, ce qui mène effectivement à une condition réfléchissante. Dans le cas des
disques de binaires X, la situation est différente et l’on suppose toujours l’existence d’un bord
interne. Si ce bord est raide, alors la condition est effectivement réfléchissante. Par contre, le
disque autour d’un trou noir peut s’étendre jusque la dernière orbite stable. Le gaz tombe
alors sur le trou noir, et les ondes ne sont pas réfléchies (Blaes 1987).
Dans le cas où les ondes sont bel et bien réfléchies au bord interne du disque, la cavité
interne sélectionne certains modes (voir les simulations numériques de Caunt & Tagger 2001),
et il apparaît que ces modes sont instables. On peut en effet montrer que l’énergie des ondes
sous la corotation est négative, si bien que leur présence diminue l’énergie du disque. Pour
partir d’une situation d’équilibre, s’effondrer et former ces ondes spirales, il faut donc que la
cavité interne perde de l’énergie. C’est là que la région de corotation joue un rôle majeur. Dans
cette région, les ondes ne se propagent pas mais sont evanescentes. Elle possèdent donc malgré
tout une certaine amplitude qui décroît à mesure que l’onde pénètre dans la bande interdite,
mais ne s’annule jamais rigoureusement avant de ressortir de l’autre côté. Elle génère donc
par effet tunnel une autre onde spirale dans la partie externe du disque. Ce faisant, elle perd
de l’énergie, ce qui permet au gaz de la cavité interne de s’effondrer pour former des bras
spiraux. Le taux de croissance de cette instabilité est donc en partie gouverné par l’épaisseur
de la bande interdite : plus cette dernière est grande, plus il est difficile aux ondes de la
cavité interne de céder une partie de leur énergie de l’autre côté, et donc, moins le système
est instable.
Ce simple schéma est celui des instabilités gravitationnelles dans les disques. Ces instabilités
spirales ont principalement été étudiées dans le cadre des spirales Galactiques car on
peut les observer et constater directement qu’elle sont fortes (voir figure 7.1). Dans les disques