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Toutes les étoiles ne terminent pas leur vie de la même manière. Les étoiles les plus massives, une fois leurs réactions thermonucléaires épuisées, explosent en un phénomène appelé supernova. Les supernovas peuvent être classées en deux types : les supernovas thermonucléaires (type Ia) et les supernovas à effondrement de cœur (type II, Ib, Ic). L’un des mécanismes possibles à l’origine des supernovas de type Ia est la transition déflagration-détonation (DDT). Récemment, des physiciens ont élaboré un modèle de DDT validé expérimentalement, permettant de bien mieux comprendre ce mécanisme, et qui pourrait également permettre de développer de nouveaux moyens de propulsion.

La nature des supernovas de type Ia (SNIa), les supernovas thermonucléaires, est encore très peu contrainte. Il existe un consensus général sur le fait que les explosions de SNIa sont provoquées par une combustion thermonucléaire rapide d’étoiles ayant une masse proche ou inférieure à la limite de masse de Chandrasekhar (1.4 masses solaires). Au-delà de ces modèles, toutefois, les mécanismes exacts des SNIa restent flous, avec un certain nombre de scénarios possibles.

Dans certaines formes de supernovae et d’explosions chimiques, une flamme se déplaçant à des vitesses subsoniques (déflagration) évolue spontanément en une poussée entraînée par un choc supersonique (détonation), augmentant considérablement la puissance. Le mécanisme de cette transition déflagration-détonation (DDT) est encore mal compris.

Recréer le mécanisme de détonation des supernovas en laboratoire

Une équipe de physiciens a développé une théorie unifiée du mécanisme DDT induit par la turbulence, qui décrit le mécanisme et les conditions d’initiation de la détonation lors d’explosions chimiques et thermonucléaires non confinées. Le modèle a été validé en utilisant des expériences avec des flammes chimiques et des simulations numériques de flammes thermonucléaires. L’étude a été publiée dans la revue Science.

flamma propagation

Les physiciens ont recréé le mécanisme de déflagration-détonation dans lequel une flamme rencontre une onde de choc, entraînant une détonation brutale. Crédits : Alexei Y. Poludnenko et al. 2019

« Lorsque nous avons commencé à approfondir la question, nous avons découvert que nous pouvons réellement réaliser ce mécanisme entre une flamme passive et une flamme qui devient très active » déclare Ahmed. « Cela atteint un point produisant une détonation, qui est essentiellement une supernova ».

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La mort d’étoiles de masse 10 à 100 fois supérieure à celle du Soleil génère une explosion appelée supernova. Dans une galaxie comme la Voie lactée, une supernova a lieu tous les 50 ans environ. Mais le mécanisme sous-tendant l’initiation de la supernova est toujours peu compris par les astrophysiciens.

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Le mécanisme de la transition déflagration-détonation validé expérimentalement

« Comment les flammes accélèrent-elles spontanément et se transforment-elles en détonations ?. Nous savons que les détonations existent, mais la question était : quel est le chaînon manquant expliquant comment l’étoile passe d’un mode de combustion à un mode de détonation aussi brutalement ? » explique Ahmed.

Le mécanisme exploré par l’équipe d’Ahmed prend une flamme passive, comme celle d’une bougie, et la transforme en une flamme énergétique. « Quand nous avons commencé à remarquer que les flammes pouvaient s’accélérer, nous avons dû développer cette installation unique pour explorer le phénomène » explique Ahmed.

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Les chercheurs ont tout d’abord modélisé le mécanisme DDT à l’aide de plasma et l’on ensuite confirmé expérimentalement. Crédits : Alexei Y. Poludnenko et al. 2019

L’installation se présentait sous la forme d’un tube de choc de 5 x 5 centimètres, qui induit une turbulence et permet à la flamme passive d’interagir avec cette dernière jusqu’à ce qu’elle se propulse d’elle-même jusqu’à une détonation.

Cette étude permettra non seulement de mieux comprendre le mécanisme déflagration-détonation des supernovas de type Ia, mais également de développer des moyens de propulsion hypersonique sur Terre.

Sources : Science

supernova laboratoire

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