Jets stellaires: comparaison entre expérience de laboratoire et simulation numérique |
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Jets stellaires: comparaison entre expérience de laboratoire et simulation numérique
Des chercheurs du réseau européen JETSET, dont des chercheurs de l'Observatoire de Paris, 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. Cette double approche expérimentale et virtuelle permet ainsi de démontrer que le vent interstellaire joue un rôle fondamental en interagissant avec le jet, créant ainsi ces nodules et ces ruptures de structure.
Les objets Herbig Haro (HH) sont des nébulosités associées à des étoiles jeunes. Il s'agit d'éjection de matière sous la forme de jet. Ces jets présentent sur leur trajet une succession compliquée de chocs d'étrave et de noeuds et une dynamique complexe et variable qui résulte de leur interaction avec le milieu interstellaire (cf HH 47, Figure 1). 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 en forme de C qui est d'ordinaire attribuée à la présence d'un vent "effectif" produit, soit par le mouvement propre de la source dans le milieu interstellaire, soit par des écoulements issus de sources proches. Figure 1: Image du jet Herbig Haro 47 prise avec le télescope spatial Hubble. © HST. NAS/ESA.
Cliquer sur l'image pour l'agrandirPour étudier la dynamique et la structure de ces jets et l'origine de ces courbures, l'équipe internationale de chercheurs 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 et de distances différentes de l'ordre de la nanosecondes et du centimètre. La vitesse 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 d'ablation généré sur une feuille par un fort rayonnement XUV. En ce qui concerne la simulation numérique, le jet astrophysique 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 (une unité astronomique= 150 millions de km).
Figure 2: Schéma de l'expérience de laboratoire (A Gauche) Emission XUV de l'expérience qui montre un choc interne et un jet courbé (A droite). © LERMA. SNL. BLIC.
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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 entre le jet et le vent génère un choc d'étrave qui enveloppe tout le jet. Le jet développe une forme très asymétrique et la partie amont du cocon 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 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 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.
Figure 3: Simulation d'un jet astrophysique (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. © LERMA. SNL. BLIC.
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Référence
A. Ciardi (LERMA, Meudon), D.J. Ampleford (Albuquerque, USA), S.V. Lebedev (London, UK), C. Stehle (LERMA, Meudon)
Curved Herbig-Haro Jets: Simulations and Experiments
Preprint in Astrophysical JournalContact
Andréa Ciardi (Observatoire de Paris, LERMA et CNRS)
Chantal Stehlé (Observatoire de Paris, LERMA, et CNRS)
