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Un code numérique pour les étoiles à neutrons magnétisées

Des scientifiques financés par l'UE ont réalisé un ensemble d'outils pour étudier la physique des champs magnétiques dans les étoiles à neutrons, et comprendre l'action des champs en présence d'une gravité très élevée.
Un code numérique pour les étoiles à neutrons magnétisées
On estime que de nombreux phénomènes très énergétiques découlent de l'action de champs magnétiques forts, comme les sursauts gamma, les jets émis par le noyau actif de galaxies et d'autres objets compacts. Ces champs sont des centaines de milliers de milliards de fois plus intenses que le champ magnétique de la Terre, et ont permis la découverte des étoiles à neutrons dans les années 1960.

Le projet NSMAG (Magnetic fields in neutron stars via numerical simulations), financé par l'UE, voulait explorer le rôle des champs magnétiques dans les étoiles à neutrons. Ces étoiles sont le résidu très dense issu de l'effondrement gravitationnel du cœur d'une étoile massive qui a épuisé son combustible nucléaire en un million d'années environ, et explosé en supernova.

Des scientifiques ont développé le programme XNS pour modéliser des étoiles à neutrons en rotation différentielle, ainsi que des champs magnétiques toroïdaux, poloïdaux ou mixtes. Ce programme numérique résout simultanément les équations d'Einstein qui décrivent le tenseur métrique de l'espace-temps, ainsi que celles de l'équilibre magnétohydrostatique, fournissant la répartition de la matière.

Les équations d'Einstein sont résolues via l'approximation XCFC (extended conformally flat condition) pour la métrique en coordonnées sphériques. Cette méthode a été choisie car elle conduit à une forme numériquement stable, donc permet de les découpler et de les résoudre hiérarchiquement.

L'usage d'harmoniques sphériques assure un comportement correct le long des axes, une parité correcte au centre, et une tendance asymptotique correcte aux autres distances. Les solutions sont recherchées en termes d'harmoniques sphériques. Les scientifiques ont vérifié que 20 harmoniques sphériques suffisent pour que les résultats convergent.

Les résultats du programme XNS ont été comparés avec ceux d'autres programmes, par exemple rotstar, disponible dans la bibliothèque du langage objet pour la relativité numérique (LORENE). Ceci a permis de tester les performances et l'exactitude de l'approximation XCFC.

Les scientifiques de NSMAG ont modélisé des étoiles en rotation ou non, avec des champs magnétiques poloïdaux et toroïdaux, dans un régime de relativité générale non linéaire. XNS a obtenu des résultats cohérents avec ceux de modèles d'étoiles extrêmement magnétisées, pour des intensités de champs de l'ordre de 10^13 G.

L'approximation XCFC apporte également des avantages en termes de calcul. Cependant, le projet NSMAG visait une solution plutôt physiquement acceptable que mathématiquement correcte, et il a notablement progressé dans cette direction.

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Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

Code numérique, étoiles à neutrons, champs magnétiques, NSMAG, programme XNS
Numéro d'enregistrement: 198769 / Dernière mise à jour le: 2017-06-07