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

Collisions stellairesQue se passerait-il si une naine blanche entrait en collision avec le soleil?Ou un trou noir?O peut-on observer de tels vnements?

Collisions stellairesLa pense courante qui nous dicte que les toiles ne rentrent jamais en collision est fausse;Collisions arrivent plus frquemment quon ne le pense dans les amas dtoiles et tout spcialement dans les amas globulaires;

M13

Collisions stellairesJames Jeans (1877-1946) calcula quaucune des 100+ milliard dtoiles de notre galaxie nest jamais entre en collision avec une autre.Thorie ne sapplique pas aux endroits plus exotiques de notre galaxie.

Collisions stellairesPremier suspect dcouvert en 1963 est le Quasar avec luminosit=100,000 Millions dtoilesLuminosit du Quasar varie en 1 jour ce qui supposerait une concentration de millions dtoiles dans un volume gal au systme solaire, donc les collisions dtoiles seraient trs probableEn 1970, suspect identifi : Trou Noir

Collisions stellairesSatellite Uhuru (1970) identifia 100 sources de rayon X dont 10% situes dans les amas stellaires ou globulaires.Pourtant, les amas consistent en uniquement 0.01% des toiles de la Voie Lacte.

Collisions stellairesAmas globulaires contiennent 1 Millions dtoiles dans rayon de quelques douzaines dannes lumire;En comparaison, le voisinage solaire contient 100 toile dans le mme volume;toiles des amas voyagent 16,000 km/h vs 40,000 km/h pour soleil;Probabilit de capture ou de collision plus leves;47 TUC

Mcanismes de collisionsSurface effective des toiles rend les collisions peu probables Jack G. Hills et Carol A. Day, Universit du Michigan ont dmontr en 1975 que la probabilit de collision nest pas seulement fonction de la surface effective des toiles vaporationFocalisation gravitationnelleCapture par effet de mare

1. vaporation stellaireLors de la rencontre de 3-4 toiles, lnergie est redistribue et une toile est projete en dehors de lessaim ce qui cause un rapprochement des autres.

nergie Orbitale}+e1. De lnergie est ncessaire pour atteindre des orbites plus leves;2. Une nergie plus faible implique une nergie plus basse;3. Une nergie plus haute implique une orbite plus leve;EE+e

1. vaporation stellaire+Centre de gravitnergie totale = E

1. vaporation stellaire+nergie petite toile = energie toiles restante = E - e1. Par effet de slingshot gravitationnel, une toile (la plus petite) est jecte avec une nergie=e aprs une rencontre rapproche avec plusieurs toiles plus massive;2. Principe de conservation de lnergie exige que lnergie des toiles restantes doit diminuer de la mme valeur=e car nergie totale doit demeurer constante;3. Les toiles restantes se rapprochent (nergie plus basse = orbites plus basse);

nergie totale = E

vaporationEeau - corps = Toeau sur corpsvaporation gouttes deau requiert nergie = eevapE restante= Eeau-corps eevapE restante diminue;Toeau sur corps diminue;On gle

2. Focalisation gravitationnelleLattraction mutuelle des toiles augmente leur surface effective de collisions en rapprochant leur trajectoires respectives.

2. Focalisation gravitationnelle- Probabilit de collision fonction de la dimension de ltoile / la distance entre les toiles

2. Focalisation gravitationnelleFocalisation gravitationnelle augmente la surface effective de ltoile en dviant la trajectoire des toiles, donc augmente la probabilit de collision.Surface Effective.

3. Capture par effet de maretoile neutrons ou trou noir dforme ltoile passant proximit (effet de mare) provoquant ainsi une perte dnergie forant les deux astres entrer en orbite.La perte continuelle dnergie due leffet de mare va entraner une collision ventuelle des deux corps.

3. Capture par effet de mareTrou noirnergie totale du systme = nergie du trou noir + nergie toileEn passant prs du trou noir, leffet de mare dforme ltoile ce qui rajoute au systme une nergie = emareConservation de lnergie exige que lnergie totale du systme demeure constante, lnergie de ltoile et du trou noir doit donc diminuer proportionnellement;;emarenergie systme E = Etn + Ee+ emare

3. Capture par effet de marenergie systme E = Etn + Ee + emare Trou noirnergie totale du systme = nergie du trou noir + nergie toileEn passant prs du trou noir, leffet de mare dforme ltoile ce qui rajoute au systme une nergie = emareConservation de lnergie exige que lnergie totale du systme demeure constante, lnergie de ltoile et du trou noir doit donc diminuer proportionnellement;4. nergie diminue=vitesse diminue, ltoile se rapproche, ce qui entrane sa capture par le trou noir;5. D leffet de mare, chaque passage prs du trou noir diminue la vitesse de ltoile, ltoile finit par seffondrer sur le trou noir;

Scne de laccidentQue se passe-t-il lorsque deux toiles entrent en collision? Fonction de:Vitesse relatives des toiles;Paramtres dimpact (trajectoires);Types dtoiles, densit etc.;

Scne de laccident

Scne de laccident

Scnario 1 : Collision Squence principale Squence principaletoile moins massive (plus dense) ressort moins affecte de limpact;Onde de choc gnre est insuffisante pour allumer des ractions nuclaire et jecter les gaz de ltoile plus dense;Une nouvelle toile en rotation rapide merge, rsultante de la fusion des deux toiles; Seulement une petite fraction des gaz est jecte;http://www.ifa.hawaii.edu/faculty/barnes/research/stellar_collisions/index.htmlhttp://haydenplanetarium.org/resources/ava/page/index.php?file=S0605stelcoll

Blue Stragglers (tranarde bleue)Masse: 1 MsolDure Vie: 10 Milliard AnnesT= 5 Milliard AnnesMasse: ~2 MsolVie: 800 Million AnnesT= 5 Milliard AnnesMasse: 1 MsolDure Vie: 10 Milliard AnnesT= 5 Milliard Annes

Blue Stragglers (tranarde bleue)Pour les trouver, on doit chercher dans des champs dtoiles identiques: Amas globulaires dans lesquels les toiles sont toutes nes peu prs en mme temps (toiles trs anciennes);La formation de nouvelles toiles est inexistante depuis quelques milliards dannes tant donn labsence de gaz;On doit y chercher des gantes bleues prs du centre de lamas;Allan Sandage trouva en 1953 des toiles bleus au centre damas globulaires;

Blue Stragglers

Blue Stragglers (tranarde bleue)

Blue Stragglers (tranarde bleue)

Blue Stragglers (tranarde bleue)47 Tucanea - UV

Blue Stragglers (tranarde bleue)M 15 - UV

Scnario 2 : Collision Naine blanche Squence principaleNaine blanche entre en collision environ 600 km/s. Collision gnre une onde de choc hypersonique qui rchauffe ltoile entire au del de la temprature de fusion;La naine blanche de densit + leve (10Mx soleil) lemporte;toile consume 100M annes de combustible en 1h; Londe de choc expulse les gaz de ltoile une vitesse beaucoup plus leve que la vitesse dchappement;

Scnario 2 : Collision Naine blanche Squence principalenergie dgage vaporise les ocans sur terre;toile forme une nbuleuse gazeuse. Plantes ne sont plus retenues par la gravitation de ltoile et senfoncent dans lespace;Naine blanche ressort inaffecte de la rencontre;http://www.ukaff.ac.uk/movies.shtmlRef: UK Astrophysical Fluids Facility.

Scnario 3 : Collision Trou Noir Squence principaletoile est compltement dtruite en approchant trop prs du trou noir;Gaz rsiduels forment un disque daccrtion;Exemple collision trou noir de 10 Msol et du soleil;http://www.ifa.hawaii.edu/faculty/barnes/research/stellar_collisions/index.html

Scnario 4 : Collision toile Neutron toile Neutrontoiles perdent de lnergie en mettant des ondes de gravitation en orbitant lune autour de lautre;Perte dnergie entrane un rapprochement des toiles;La vitesse de rotation approche des valeurs relativistiques (~1/4 c);Lors du premier contact, la coalescence se complte en 5/1000 sec;

http://www.ukaff.ac.uk/movies.shtmlhttp://www.astro.ex.ac.uk/people/dprice/research/nsmag/http://www.faculty.iu-bremen.de/srosswog/movies.html

Scnario 5 : Collision Trou Noir Trou NoirTrou noirs perdent de lnergie en mettant des ondes de gravitation ce qui cause leur rapprochement;Le contact se fait la vitesse de la lumire. Imaginez plusieurs millions (milliard) de masse solaire qui se rencontrent ces vitesses;Lnergie dgage lors de la coalescence surpasse de loin lnergie dgage par toutes les toiles de lunivers;

Scnario 5 : Collision Trou Noir Trou NoirLnergie dgage est sous forme dondes gravitationnelles;Ondes peuvent tre mises pendant plusieurs semaines;Ondes changent la dimension dun tre humain dune fraction de la largeur dun atome;ventuellement dtec- tables par LIGO;

Scnario 5 : Collision Trou Noir Trou Noirhttp://www.aip.org/png/2006/256.htm

http://chandra.harvard.edu/photo/2002/0192/animations.html

Simulation 3-D ralise sur super-ordinateur Columbia NASA Ames Research Centerhttp://www.nasa.gov/vision/universe/starsgalaxies/gwave.html

Scnario 5: Collision Trou Noir Trou NoirNGC 1128 Optique

NGC 1128 Rayon XNGC 1128 Rayon X

NGC 1128 RadioNGC 1128 Radio

- 25,000 AL de sparationNGC 1128 Rayon X, Radio

- 3,000 AL de sparationNGC 6240 Rayon X, Radio

Merci!