Supernova de Type Ia et naine blanche en système binaire

[Seirios]

Bonjour à tous,

J'ai récemment lu un document où il était développé une explication plausible du mécanisme des supernovae de type Ia. Il s'agirait d'un système binaire où l'une des étoiles (la plus massive) serait devenu une naine blanche, tandis que l'autre continuerait son stade vers une géante rouge.

Avec l'expansion de l'enveloppe de cette géante rouge, il pourrait s'opérer un transfert de matière vers la naine blanche. Celle-ci verrait alors sa masse augmenter, jusqu'à atteindre la masse critique de Chandrasekhar, où elle deviendrait instable et où une combustion nucléaire explosive se développerait, créant ainsi une supernova de type Ia.

Ce que j'ai du mal à saisir, c'est l'étape où la naine blanche, en atteignant la masse de Chandrasekhar, devient instable et explose. Pourquoi cette explosion ?

Quelqu'un pourrait-il m'éclairer ?

Merci d'avance
Phys2
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[alain_r]

Bonjour à tous,

J'ai récemment lu un document où il était développé une explication plausible du mécanisme des supernovae de type Ia. Il s'agirait d'un système binaire où l'une des étoiles (la plus massive) serait devenu une naine blanche, tandis que l'autre continuerait son stade vers une géante rouge.

Avec l'expansion de l'enveloppe de cette géante rouge, il pourrait s'opérer un transfert de matière vers la naine blanche. Celle-ci verrait alors sa masse augmenter, jusqu'à atteindre la masse critique de Chandrasekhar, où elle deviendrait instable et où une combustion nucléaire explosive se développerait, créant ainsi une supernova de type Ia.

Ce que j'ai du mal à saisir, c'est l'étape où la naine blanche, en atteignant la masse de Chandrasekhar, devient instable et explose. Pourquoi cette explosion ?

Quelqu'un pourrait-il m'éclairer ?

Merci d'avance
Phys2

Le mécanisme que vous décrivez n'est aucunement "plausible", mais se produit très probablement. Pour les reste, l'instabilité en question n'a rien d'intuitif.

La structure interne d'un corps est principalement déterminée par son équation d'état, c'est-à-dire la relation entre sa densité et sa pression. A partir de là on détermine une certaine relation entre masse et rayon de l'étoile (par exemple M proportionnelle à R^3 si la matière est incompressible). Typiquement, l'équation d'état est souvent une relation du type P proportionnel à rho^gamma, où gamma est appelé exposant adiabatique. Pour diverses raisons, la valeur de 4/3 pour cet exposant est signe d'une instabilité, qui se traduit par le fait qu'il n'existe plus de relation à proprement parler entre masse et rayon, mais où le rayon est indéterminé alors que la masse est fixée. En d'autres termes, vous ne pouvez avoir de configuation d'équilibre quand gamma vaut 4/3 sauf si la masse a la bonne valeur, auquel cas, le rayon est indéterminé (ce qui n'est guère intuitif au demeurant).

Or on montre qu'à mesure que la masse d'une naine blanche augmente, sa densité augmente aussi, et les électrons deviennent relativistes. Or la relation donnant la pression en fonction de sa densité pour ce gaz d'électrons relativistes a précisément un exposant adiabatique de 4/3. Tant que la masse est inférieure à la masse critique imposée par la relation gamma=4/3, on montre que les électrons ont tendance à être pas trop relativistes, ce qui donne un gamma suprieur à 4/3 et une configuration stable, mais dès que la masse atteint sa valeur critique, gamma tend vers 4/3 et on arrive à une solution instable. L'ajout de masse supplémentaire met alors l'astre dans une configuration où il n'existe plus de configuration d'équilibre et cela implique l'effondrement de l'étoile.

[Rincevent]

salut,

Il me semble que ce n'est pas exactement ce que tu dis. Plus précisément, dans le cas d'une SNIa, il ne s'agit pas d'un effondrement et ce n'est pas directement relié à la masse de Chandra. L'accrétion de matière provoque la compression et l'échauffement de la matière de la naine blanche, mais un peu avant qu'elle n'atteigne la masse de C, des réactions de fusion impliquant le carbone se déclenchent, et en raison du caractère dégénéré de la matière, cela résulte en une combustion rapide et instable de toute l'étoile, c'est-à-dire son explosion.

[alain_r]

salut,

Il me semble que ce n'est pas exactement ce que tu dis. Plus précisément, dans le cas d'une SNIa, il ne s'agit pas d'un effondrement et ce n'est pas directement relié à la masse de Chandra. L'accrétion de matière provoque la compression et l'échauffement de la matière de la naine blanche, mais un peu avant qu'elle n'atteigne la masse de C, des réactions de fusion impliquant le carbone se déclenchent, et en raison du caractère dégénéré de la matière, cela résulte en une combustion rapide et instable de toute l'étoile, c'est-à-dire son explosion.

C'est un peu la même chose je crois, au sens où cet emballement des réactions est conséquences des prémices des changements de structures internes induit par l'arrivée à la masse de chandrasekhar (le profil de densité est de plus en plus piqué au centre). On peut même s'amuser à déterminer la valeur de gamma et son écart à 4/3 au moment de l'explosion. L'écart est alors très faible, sauf erreur de ma part.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Salut,

pour quelle raison cette instabilité ne se produit jamais au coeur de la géante rouge, quand le flash d'hélium a combusté tout le coeur en carbone et oxygène ?

a+

[alain_r]

Salut,

pour quelle raison cette instabilité ne se produit jamais au coeur de la géante rouge, quand le flash d'hélium a combusté tout le coeur en carbone et oxygène ?

a+

Pour que l'instabilité se produise, il faut un coeur essentiellement inerte, sans réactions nucléaires, condition nécessaire pour que l'on tende vers gamma=4/3 (que des réactions se remettent en route au moment où on atteint l'instabilité est un autre problème). C'est pour cela qu'il faut attendre le fer pour que l'instabilité se produise dans une étoile massive, et ce quand le coeur de fer dépasse la masse de Chandrasekhar.

[Gilgamesh]

Pour que l'instabilité se produise, il faut un coeur essentiellement inerte, sans réactions nucléaires, condition nécessaire pour que l'on tende vers gamma=4/3 (que des réactions se remettent en route au moment où on atteint l'instabilité est un autre problème). C'est pour cela qu'il faut attendre le fer pour que l'instabilité se produise dans une étoile massive, et ce quand le coeur de fer dépasse la masse de Chandrasekhar.

Merci. Mais y'a quand même des cas de combustions de coeur dégénéré ?

Dans le topic que j'avais ouvert sur strangepaths sur les géantes rouges, j'ai écris :

On parle de flash d'hélium dans le cas des étoiles de faibles masses car lors de l'allumage la densité du coeur est de l'ordre de 10⁷ kg.m^-3 (10 kg par cm3) et le gaz d'électron est dégénéré.


Je me suis pas gouré ? Et si je ne me suis pas gouré qu'est ce qui fait que la combustion de l'He4 n'est pas réellement explosive (seulement très rapide, il me semble que ça dure environ 500 ans) ?

edit : ah ben oui, on est encore en exposant 5/3

[Rann]

Bonjour
Voilà ce que dit Luminet:
La masse augmente par accrétion des gaz ,inexorablement la masse dépassera les 1,43Ms, Il y aura donc contraction gravitationnelle, élévation de t° et le Carb et Oxygène réagirons pour se transformer en Fer et Nickel, la naine se disloquera dans une violente explosion sans laisser d'étoile à neutron. Il y a combustion nucléaire de 1,4Ms de C et O dit dégénérés.
Luminet dans son livre parle d'autre "liaison dangereuse" possible donnant des Ia

[Rincevent]

C'est un peu la même chose je crois, au sens où cet emballement des réactions est conséquences des prémices des changements de structures internes induit par l'arrivée à la masse de chandrasekhar (le profil de densité est de plus en plus piqué au centre). On peut même s'amuser à déterminer la valeur de gamma et son écart à 4/3 au moment de l'explosion. L'écart est alors très faible, sauf erreur de ma part.

ok, je vois ce que tu veux dire. Disons que pour moi la différence est importante en ce sens où ce ne sont pas des supernovae gravitationnelles et que l'aspect "effondrement" n'est pas crucial car il n'a pas vraiment lieu : ce qui compte c'est comme tu le dis la densité centrale, qui fait que l'objet explose avant même d'avoir le temps de s'effondrer.

[Gilgamesh]

Donc si je résume vos propos, Alain et Rincevent, on peut dire que dans les cas des SNIA la masse de Chandra "n'est atteinte que au centre" si je puis dire ? Au sens ou seul le centre du coeur atteindrait le fameux exposant 4/3 dans son équation d'état, la flamme thermonucléaire faisant le reste dans un coeur "modérément dégénéré" (exposant 5/3).

Un effondrement gravitationnel vrai nécessiterait quand à lui un exposant 4/3 sur l'ensemble du coeur pour qu'on ait un effondrement "en bloc" (homothétique ? autosimilaire ? je sais plus si quel est le terme), ce qui se produit pour les coeurs des SN II ?


c'est bien ça ?


merci pour vos réponse.

a+

[Rincevent]

c'est ce qu'il me semble en effet. A ceci près que 5/3 c'est aussi pour un gaz de fermions complètement dégénéré. Simplement il n'est pas ultrarelativiste.