Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

SN2NS : Modélisation de l'effondrement du coeur des étoiles massives, la naissance des étoiles à neutrons et des trous noirs.

SN2NS (SuperNova to Neutron Stars) est un programme de l'agence française ANR dont le but est de modéliser l'effondrement stellaire donnant naissance aux étoiles à neutrons et aux  trous noirs. 
Ce programme est une collaboration entre trois laboratoires : 

• Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers (IRFU) au CEA (Saclay)
• Laboratoire Univers et Theories (LUTh) à l' Observatoire de Paris (Meudon)
• Institut de Physique Nucleaire (IPN) à l'Université Paris 11 (Orsay)

Objectifs

Le projet SN2NS réunit les expertises de trois groupes à l'Irfu (Saclay), l'IPN (Orsay) et au LUTh (Meudon), afin de développer un outil numérique pour simuler et comprendre l'effondrement du cœur des étoiles massives à la fin de leur vie, si leur masse excède 9 masses solaires. La première seconde de l'effondrement détermine à la fois le seuil de l'explosion en supernova, et les conditions de naissance des étoiles à neutrons et des trous noirs.

Cet effondrement gravitationnel est décrit par la physique nucléaire, la physique des neutrinos, l'hydrodynamique multidimensionnelle et la relativité générale. Les progrès récents sont consécutifs à la découverte de la nature asymétrique de l'explosion, liée aux instabilités à grande échelle qui brisent la symétrie sphérique. Comment la topologie globale de l'explosion dépend elle de la masse et de la rotation du progéniteur ? Les conséquences observables sont le seuil d'explosion de la supernova, la masse, la quantité de mouvement et le moment cinétique de l'étoile à neutrons ou du trou noir résiduel, et la signature en ondes gravitationnelles.

Le groupe de l'IRFU/SAp (T. Foglizzo) s'est spécialisé dans la caractérisation des conséquences hydrodynamiques des instabilités multidimensionnelles. Les physiciens nucléaires impliqués à l'IPN (J. Margueron, E. Kahn) et au LUTh (M. Oertel) développeront une équation d'état adaptée aux fortes températures de la formation des étoiles à neutrons et des trous noirs. L'expertise du groupe de relativité numérique du LUTh (J. Novak, E. Gourgoulhon) sera cruciale pour pouvoir caractériser le seuil entre la formation d'une étoile à neutrons et celle d'un trou noir. Le code de relativité générale "CoCoNuT" sera amélioré par l'implémentation d'une équation d'état et de prescriptions évolutives pour le transport des neutrinos. Le code RAMSES et une version Newtonienne de CoCoNuT seront utilisés à l'IRFU pour simuler l'accrétion stationnaire et caractériser l'évolution 3D du choc.

Les points forts du projet SN2NS sont i) la complémentarité des outils analytiques et numériques pour comprendre les phénomènes hydrodynamiques 3D, ii) la modélisation des explosions de supernova incluant la formation d'un trou noir, et iii) la collaboration avec des physiciens nucléaires pour un traitement moderne de l'équation d'état. 

Des techniques avancées de visualisation des simulations multidimensionnelles aideront à la valorisation des résultats du projet, vis à vis de la communauté scientifique ainsi que du grand public.

Porteur CEA : T. Foglizzo

Pour en savoir plus (en anglais) : https://irfu.cea.fr/Projets/SN2NS/index.html