Rapport quadriennal 2002 - Laboratoire d'Astrophysique de l ...

Chapitre B
Thèmes: Bilan et prospective
2.4.4 La modélisation des étoiles plus massives
Notre objectif à moyen terme est bien entendu de fournir des prédictions homogènes, cohérentes et
reproduisant les observations, concernant la production des éléments chimiques par nucléosynthèse stellaire
pour un vaste ensemble de masses et de compositions chimiques initiales. Dans cet esprit, nous allons
entreprendre le calcul des phases ultimes de l’évolution des étoiles dont la masse initiale est comprise entre 7
et 10 M o , toujours pour différentes compositions chimiques initiales. Ces phases sont particulièrement
méconnues (elles n’ont, dans le passé, été modélisées qu’une seule fois, avec une physique assez
rudimentaire et sans prendre en compte la perte de masse). Pourtant, l’impact de tels objets pour l’évolution,
en particulier chimique, des galaxies pourrait être important. Pour y parvenir, il faudra tout d’abord mettre à
jour notre réseau de réactions nucléaires et prendre en compte les derniers taux de réactions. Il nous faudra
aussi introduire, dans ce réseau mais également sur le plan énergétique, la description du processus URCA. Il
semble que la combustion centrale du Carbone puisse être explosive au sein de ces objets. Il semble qu’elle
s’achève aussi par une phase de pulses thermiques récurrents (déjà désignée par phase Super-AGB). Ce
travail fait l’objet de la thèse de Gwenaëlle Leclair, qui vient de commencer au LAOG.
En outre, dans le cadre d’un post-doctorat à Bruxelles, Ana Palacios devrait commencer dès l’an prochain la
modélisation des étoiles massives avec transport de moment cinétique. Nous ne sommes pas les premiers en
ce domaine. Toutefois, du fait des outils dont nous disposons au travers de notre collaboration avec
Bruxelles, nous devrions pouvoir analyser en grand détail la nucléosynthèse au sein de ces objets ainsi
modélisés. Cela poursuivra donc notre objectif.
2.4.5 A plus long terme
La physique actuellement incorporée dans les codes d’évolution stellaire (à une dimension) devient assez
sophistiquée. Les observations nous ont conduit à traiter des mécanismes complexes ayant souvent une
origine physique multidimensionnelle. Par ailleurs, certaines phases évolutives (surtout la phase TP-AGB)
sont délicates à calculer numériquement, en partie à cause du découplage existant entre la résolution des
équations de la structure stellaire et celles de la nucléosynthèse. Enfin, la modélisation multidimensionnelle
de l’évolution stellaire, devenue envisageable du point de vue des moyens informatiques, apporterait un
degré de réalisme considérablement supérieur, étant données les observables actuelles, et nous permettrait
d’aborder des questions tout-à-fait nouvelles (prise en compte complète de la rotation, étude des systèmes
binaires serrés avec transfert de masse, prise en compte de la géométrie d’accrétion autour des étoiles jeunes,
...)
Pour l’ensemble de ces raisons, il nous paraît nécessaire de déjà songer à préparer l’avenir, dans cette
direction. Dans un premier temps, nous allons changer de méthode numérique pour résoudre les équations de
la structure stellaire ainsi que celles de la nucléosynthèse et du transport de matière. Il s’agit d’utiliser une
méthode numérique très moderne et robuste, déjà utilisée avec succès pour la résolution de problèmes
hydrodynamiques. Ce travail est en cours, avec nos collaborateurs à Bruxelles. Ceux-ci implantent cette
méthode pour la résolution couplée de gros réseaux de réactions nucléaires (dont le processus s) avec un
terme diagonal de transport des éléments chimiques. Par ailleurs, à Grenoble, dans le cadre de la thèse de
Gwenaëlle Leclair, nous allons utiliser cette même méthode pour résoudre les équations de la structure
stellaire. A terme, si cela convient, nous devrions donc être en mesure de résoudre de manière simultanée
l’ensemble structure+nucléosynthèse+transport. Nous serions le premier code français d’évolution stellaire
de ce type (il en existe déjà deux dans le monde, mais utilisant des méthodes numériques plus vétustes). Les
intérêts de résoudre tout simultanément est évident, particulièrement lors des phases où le transport de
matière est, comme nous l’avons expliqué, couplé aux réactions nucléaires avec rétroaction énergétique.
Si cette étape est réalisée avec succès, nous pourrons alors envisager la résolution de la structure stellaire à
plus d’une dimension. Pour y parvenir, il sera alors nécessaire d’adjoindre à notre projet des spécialistes de
l’hydrodynamique stellaire. Nous avons ces compétences en France, et des contacts ont déjà été pris en ce
sens, à Toulouse et Paris.
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