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Collisions Stellaires ou lorsque les étoiles se rencontrent. Pierre-Yves Blais, Avril 07.

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1 Collisions Stellaires ou lorsque les étoiles se rencontrent. Pierre-Yves Blais, Avril 07

2 Collisions stellaires Que se passerait-il si une naine blanche entrait en collision avec le soleil? Que se passerait-il si une naine blanche entrait en collision avec le soleil? Ou un trou noir? Ou un trou noir? Où peut-on observer de tels événements? Où peut-on observer de tels événements?

3 Collisions stellaires La pensée courante qui nous dicte que les étoiles ne rentrent jamais en collision est fausse; La pensée courante qui nous dicte que les étoiles ne rentrent jamais en collision est fausse; Collisions arrivent plus fréquemment quon ne le pense dans les amas détoiles et tout spécialement dans les amas globulaires; Collisions arrivent plus fréquemment quon ne le pense dans les amas détoiles et tout spécialement dans les amas globulaires; M13

4 Collisions stellaires James Jeans ( ) calcula quaucune des 100+ milliard détoiles de notre galaxie nest jamais entrée en collision avec une autre. James Jeans ( ) calcula quaucune des 100+ milliard détoiles de notre galaxie nest jamais entrée en collision avec une autre. Théorie ne sapplique pas aux endroits plus exotiques de notre galaxie. Théorie ne sapplique pas aux endroits plus exotiques de notre galaxie.

5 Collisions stellaires Premier suspect découvert en 1963 est le Quasar avec luminosité=100,000 Millions détoiles Premier suspect découvert en 1963 est le Quasar avec luminosité=100,000 Millions détoiles Luminosité du Quasar varie en 1 jour ce qui supposerait une concentration de millions détoiles dans un volume égal au système solaire, donc les collisions détoiles seraient très probable Luminosité du Quasar varie en 1 jour ce qui supposerait une concentration de millions détoiles dans un volume égal au système solaire, donc les collisions détoiles seraient très probable En 1970, suspect identifié : Trou Noir En 1970, suspect identifié : Trou Noir

6 Collisions stellaires Satellite Uhuru (1970) identifia 100 sources de rayon X dont 10% situées dans les amas stellaires ou globulaires. Satellite Uhuru (1970) identifia 100 sources de rayon X dont 10% situées dans les amas stellaires ou globulaires. Pourtant, les amas consistent en uniquement 0.01% des étoiles de la Voie Lactée. Pourtant, les amas consistent en uniquement 0.01% des étoiles de la Voie Lactée.

7 Collisions stellaires Amas globulaires contiennent 1 Millions détoiles dans rayon de quelques douzaines dannées lumière; Amas globulaires contiennent 1 Millions détoiles dans rayon de quelques douzaines dannées lumière; En comparaison, le voisinage solaire contient 100 étoile dans le même volume; En comparaison, le voisinage solaire contient 100 étoile dans le même volume; Étoiles des amas voyagent à 16,000 km/h vs 40,000 km/h pour soleil; Étoiles des amas voyagent à 16,000 km/h vs 40,000 km/h pour soleil; Probabilité de capture ou de collision plus élevées; Probabilité de capture ou de collision plus élevées; 47 TUC

8 Mécanismes de collisions Surface effective des étoiles rend les collisions peu probables Surface effective des étoiles rend les collisions peu probables Jack G. Hills et Carol A. Day, Université du Michigan ont démontré en 1975 que la probabilité de collision nest pas seulement fonction de la surface effective des étoiles Jack G. Hills et Carol A. Day, Université du Michigan ont démontré en 1975 que la probabilité de collision nest pas seulement fonction de la surface effective des étoiles Évaporation Évaporation Focalisation gravitationnelle Focalisation gravitationnelle Capture par effet de marée Capture par effet de marée

9 1. Évaporation stellaire Lors de la rencontre de 3-4 étoiles, lénergie est redistribuée et une étoile est projetée en dehors de lessaim ce qui cause un rapprochement des autres. Lors de la rencontre de 3-4 étoiles, lénergie est redistribuée et une étoile est projetée en dehors de lessaim ce qui cause un rapprochement des autres.

10 Énergie Orbitale } +e 1. De lénergie est nécessaire pour atteindre des orbites plus élevées; 2. Une énergie plus faible implique une énergie plus basse; 3. Une énergie plus haute implique une orbite plus élevée; E E+e

11 1. Évaporation stellaire + Centre de gravité Énergie totale = E

12 1. Évaporation stellaire + Énergie petite étoile = e Énergie étoiles restante = E - e 1. Par effet de slingshot gravitationnel, une étoile (la plus petite) est éjectée avec une énergie=e après une rencontre rapprochée avec plusieurs étoiles plus massive; 2. Principe de conservation de lénergie exige que lénergie des étoiles restantes doit diminuer de la même valeur=e car Énergie totale doit demeurer constante; 3. Les étoiles restantes se rapprochent (énergie plus basse = orbites plus basse); Énergie totale = E

13 Évaporation 1. E eau - corps = T o eau sur corps 2. Évaporation gouttes d eau requiert énergie = e evap 3. E restante = E eau-corps – e evap 4. E restante diminue ; 5. T o eau sur corps diminue ; 6. On gèle…

14 2. Focalisation gravitationnelle Lattraction mutuelle des étoiles augmente leur « surface effective de collisions » en rapprochant leur trajectoires respectives. Lattraction mutuelle des étoiles augmente leur « surface effective de collisions » en rapprochant leur trajectoires respectives.

15 2. Focalisation gravitationnelle - Probabilité de collision fonction de la dimension de létoile / la distance entre les étoiles

16 2. Focalisation gravitationnelle -Focalisation gravitationnelle augmente la surface « effective » de létoile en déviant la trajectoire des étoiles, donc augmente la probabilité de collision. Surface Effective.

17 3. Capture par effet de marée Étoile à neutrons ou trou noir déforme létoile passant à proximité (effet de marée) provoquant ainsi une perte dénergie forçant les deux astres à entrer en orbite. Étoile à neutrons ou trou noir déforme létoile passant à proximité (effet de marée) provoquant ainsi une perte dénergie forçant les deux astres à entrer en orbite. La perte continuelle dénergie due à leffet de marée va entraîner une collision éventuelle des deux corps. La perte continuelle dénergie due à leffet de marée va entraîner une collision éventuelle des deux corps.

18 3. Capture par effet de marée Trou noir 1.Énergie totale du système = énergie du trou noir + énergie étoile 2.En passant près du trou noir, leffet de marée déforme létoile ce qui rajoute au système une énergie = e marée 3.Conservation de lénergie exige que lénergie totale du système demeure constante, lénergie de létoile et du trou noir doit donc diminuer proportionnellement;; e marée Énergie système E = E tn + E e + e marée

19 Énergie système E = E tn + E e + e marée 3. Capture par effet de marée Trou noir 1.Énergie totale du système = énergie du trou noir + énergie étoile 2.En passant près du trou noir, leffet de marée déforme létoile ce qui rajoute au système une énergie = e marée 3.Conservation de lénergie exige que lénergie totale du système demeure constante, lénergie de létoile et du trou noir doit donc diminuer proportionnellement; 4. Énergie diminue=vitesse diminue, létoile se rapproche, ce qui entraîne sa capture par le trou noir; 5. Dû à leffet de marée, chaque passage près du trou noir diminue la vitesse de létoile, létoile finit par seffondrer sur le trou noir;

20 Scène de laccident Que se passe-t-il lorsque deux étoiles entrent en collision? Que se passe-t-il lorsque deux étoiles entrent en collision? Fonction de: Fonction de: Vitesse relatives des étoiles; Vitesse relatives des étoiles; Paramètres dimpact (trajectoires); Paramètres dimpact (trajectoires); Types détoiles, densité etc.; Types détoiles, densité etc.;

21 Super géante Géante Rouge Séquence principale Naine brune Naine blanche Étoile neutron Trou Noir Trou noir Trou noir + disque + naine blanche Trou noir + disque + naine blanche Trou noir +disque +disque + disque disque Trou noir +disque Étoiles neutron Étoile neutron ou trou noir + disque + naine blanche Étoile neutron ou trou noir + disque + naine blanche Étoile neutron ou trou noir +disque +disque +disque +disque Naine blanche Naine blanche + Naine blanche Naine blanche + Naine blanche Naine blanche ou étoile à neutrons Naine brune + naine blanche Naine brune + naine blanche Séquence principale Séquence principale ou naine brune Séquence principale Séquence principale + naine blanche Séquence principale Géante rouge Naine blanche + naine blanche Naine blanche + naine blanche Super Géante Naine blanche + naine blanche naine blanche Scène de laccident

22 Super géante Géante Rouge Séquence principale Naine brune Naine blanche Étoile neutron Trou Noir Trou noir Trou noir + disque + naine blanche Trou noir + disque + naine blanche Trou noir +disque +disque + disque disque Trou noir +disque Étoiles neutron Étoile neutron ou trou noir + disque + naine blanche Étoile neutron ou trou noir + disque + naine blanche Étoile neutron ou trou noir +disque +disque +disque +disque Naine blanche Naine blanche + Naine blanche Naine blanche + Naine blanche Naine blanche ou étoile à neutrons Naine brune + naine blanche Naine brune + naine blanche Séquence principale Séquence principale ou naine brune Séquence principale Séquence principale + naine blanche Séquence principale Géante rouge Naine blanche + naine blanche Naine blanche + naine blanche Super Géante Naine blanche + naine blanche naine blanche Scène de laccident

23 Scénario 1 : Collision Séquence principale – Séquence principale Étoile moins massive (plus dense) ressort moins affectée de limpact; Étoile moins massive (plus dense) ressort moins affectée de limpact; Onde de choc générée est insuffisante pour allumer des réactions nucléaire et éjecter les gaz de létoile plus dense; Onde de choc générée est insuffisante pour allumer des réactions nucléaire et éjecter les gaz de létoile plus dense; Une nouvelle étoile en rotation rapide émerge, résultante de la fusion des deux étoiles; Une nouvelle étoile en rotation rapide émerge, résultante de la fusion des deux étoiles; Seulement une petite fraction des gaz est éjectée; Seulement une petite fraction des gaz est éjectée; r_collisions/index.html r_collisions/index.html php?file=S0605stelcoll php?file=S0605stelcoll php?file=S0605stelcoll php?file=S0605stelcoll

24 Blue Stragglers (traînarde bleue) Masse: 1 Msol Durée Vie: 10 Milliard Années T= 5 Milliard Années Masse: ~2 Msol Vie: 800 Million Années T= 5 Milliard Années Masse: 1 Msol Durée Vie: 10 Milliard Années T= 5 Milliard Années

25 Blue Stragglers (traînarde bleue) Pour les trouver, on doit chercher dans des champs détoiles identiques: Amas globulaires dans lesquels les étoiles sont toutes nées à peu près en même temps (étoiles très anciennes); Pour les trouver, on doit chercher dans des champs détoiles identiques: Amas globulaires dans lesquels les étoiles sont toutes nées à peu près en même temps (étoiles très anciennes); La formation de nouvelles étoiles est inexistante depuis quelques milliards dannées étant donné labsence de gaz; La formation de nouvelles étoiles est inexistante depuis quelques milliards dannées étant donné labsence de gaz; On doit y chercher des géantes bleues près du centre de lamas; On doit y chercher des géantes bleues près du centre de lamas; Allan Sandage trouva en 1953 des étoiles bleus au centre damas globulaires; Allan Sandage trouva en 1953 des étoiles bleus au centre damas globulaires;

26 Blue Stragglers

27 Blue Stragglers (traînarde bleue)

28

29 47 Tucanea - UV

30 Blue Stragglers (traînarde bleue) M 15 - UV

31 Scénario 2 : Collision Naine blanche – Séquence principale Naine blanche entre en collision à environ 600 km/s. Collision génère une onde de choc hypersonique qui réchauffe létoile entière au delà de la température de fusion; Naine blanche entre en collision à environ 600 km/s. Collision génère une onde de choc hypersonique qui réchauffe létoile entière au delà de la température de fusion; La naine blanche de densité + élevée (10Mx soleil) lemporte; La naine blanche de densité + élevée (10Mx soleil) lemporte; Étoile consume 100M années de combustible en 1h; Étoile consume 100M années de combustible en 1h; Londe de choc expulse les gaz de létoile à une vitesse beaucoup plus élevée que la vitesse déchappement; Londe de choc expulse les gaz de létoile à une vitesse beaucoup plus élevée que la vitesse déchappement;

32 Scénario 2 : Collision Naine blanche – Séquence principale Énergie dégagée vaporise les océans sur terre; Énergie dégagée vaporise les océans sur terre; Étoile forme une nébuleuse gazeuse. Planètes ne sont plus retenues par la gravitation de létoile et senfoncent dans lespace; Étoile forme une nébuleuse gazeuse. Planètes ne sont plus retenues par la gravitation de létoile et senfoncent dans lespace; Naine blanche ressort inaffectée de la rencontre; Naine blanche ressort inaffectée de la rencontre; ovies.shtml ovies.shtml ovies.shtml ovies.shtml Ref: UK Astrophysical Fluids Facility. Ref: UK Astrophysical Fluids Facility.

33 Scénario 3 : Collision Trou Noir – Séquence principale Étoile est complètement détruite en approchant trop près du trou noir; Étoile est complètement détruite en approchant trop près du trou noir; Gaz résiduels forment un disque daccrétion; Gaz résiduels forment un disque daccrétion; Exemple collision trou noir de 10 Msol et du soleil; Exemple collision trou noir de 10 Msol et du soleil; ollisions/index.html ollisions/index.html ollisions/index.html ollisions/index.html

34 Scénario 4 : Collision Étoile Neutron – Étoile Neutron Étoiles perdent de lénergie en émettant des ondes de gravitation en orbitant lune autour de lautre; Étoiles perdent de lénergie en émettant des ondes de gravitation en orbitant lune autour de lautre; Perte dénergie entraîne un rapprochement des étoiles; Perte dénergie entraîne un rapprochement des étoiles; La vitesse de rotation approche des valeurs relativistiques (~1/4 c); La vitesse de rotation approche des valeurs relativistiques (~1/4 c); Lors du premier contact, la coalescence se complète en 5/1000 sec; Lors du premier contact, la coalescence se complète en 5/1000 sec;

35 Scénario 5 : Collision Trou Noir – Trou Noir Trou noirs perdent de lénergie en émettant des ondes de gravitation ce qui cause leur rapprochement; Trou noirs perdent de lénergie en émettant des ondes de gravitation ce qui cause leur rapprochement; Le contact se fait à la vitesse de la lumière. Imaginez plusieurs millions (milliard) de masse solaire qui se rencontrent à ces vitesses…; Le contact se fait à la vitesse de la lumière. Imaginez plusieurs millions (milliard) de masse solaire qui se rencontrent à ces vitesses…; Lénergie dégagée lors de la coalescence surpasse de loin lénergie dégagée par toutes les étoiles de lunivers; Lénergie dégagée lors de la coalescence surpasse de loin lénergie dégagée par toutes les étoiles de lunivers;

36 Scénario 5 : Collision Trou Noir – Trou Noir Lénergie dégagée est sous forme dondes gravitationnelles; Lénergie dégagée est sous forme dondes gravitationnelles; Ondes peuvent être émises pendant plusieurs semaines; Ondes peuvent être émises pendant plusieurs semaines; Ondes changent la dimension dun être humain d une fraction de la largeur dun atome; Ondes changent la dimension dun être humain d une fraction de la largeur dun atome; Éventuellement détec- Éventuellement détec- tables par LIGO; tables par LIGO;

37 Scénario 5 : Collision Trou Noir – Trou Noir mations.html mations.html mations.html mations.html Simulation 3-D réalisée sur super-ordinateur Columbia NASA Ames Research Center Simulation 3-D réalisée sur super-ordinateur Columbia NASA Ames Research Center /gwave.html /gwave.html /gwave.html /gwave.html

38 Scénario 5: Collision Trou Noir – Trou Noir NGC 1128 – Optique

39 NGC 1128 – Rayon X

40 NGC 1128 – Radio

41 - 25,000 AL de séparation NGC 1128 – Rayon X, Radio

42 - 3,000 AL de séparation NGC 6240 – Rayon X, Radio

43 Merci!


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