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Auteur Sujet: Fusion de trous noirs (explications)- Evolution  (Lu 4085 fois)

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article source: http://universeathome.pl/universe/forum_thread.php?id=145






The plot above (credits to Wojciech Gładysz) presents the evolution of a
particular system which emits strong gravitational on the way. The leftmost
column provides the system age. In the centre we have the simplified plots of
the binary with evolutionary phase and mass (in solar units) of the primary (on
the left) and the secondary (on the right). The rightmost column presents the
separation (distance between the stars) in the solar radius units and the
eccentricity, which describes how elliptic is the orbit (0.00 means a circular
orbit). Below you can find the short description of the system's evolution.


The description of a binary evolution leading to the merger of two black holes
within the age of the Universe
The Zero Age Main Sequence (ZAMS) may be perceived as a birth time of a binary.
At this moment the stars start the helium synthesis inside their cores. This
marks also the beginning of the longest phase in their lifespan, the so-called
Main Sequence (MS). The star on the main sequence shines nearly invariably.

The situation changes abruptly when the hydrogen fuel becomes depleted in the
core. The heavier the star the earlier it occurs. For a massive primary the main
sequence ends after a few million years. Afterwards, the core starts to collapse
and heats considerably, whereas the star's envelope swells and becomes even 100
times larger! These very short but extremely dynamic phase is called the
Hertzsprung Gap (HG).

In such a large star it is easy for the outermost layers to become unbound with
the core. Then, the free-floating matter may be caught by the gravitational
field of the secondary and fall on it enlarging its weight. This mass transfer
is known as a Roche lobe overflow (RLOF). Lasting only a few hundred years, it
is strong enough to reverse the mass ratio, i.e., the primary, which was nearly
two times heavier on ZAMS, now is nearly two times lighter.

As the outcome of the RLOF the primary is totally stripped of its outer hydrogen
envelope and becomes a bare helium star of a mass of about 25 solar masses. Such
a star, after a brief episode of strong mass loss due to stellar wind, forms a
black hole (BH) through a direct collapse. 'direct' here means that no
supernova explosion is observed as the gravitational field of the new-formed
object is to large to allow any matter to be ejected from the system.

The secondary, which was lighter on ZAMS, evolves less rapidly. However, after
about 6 million years of evolution, it also ends the hydrogen burning phase (the
main sequence) and commences the expansion. But, in contrast to the RLOF phase
explained above, currently no stable mass transfer is possible. The primary is
unable to accrete all the mass, which is lost by the secondary and the two stars
become engulfed by this matter. We obtain the phase known as the Common Envelope
(CE). Although being extremely short (less than 1000 years), the phase alters
the system significantly. Firstly, the secondary loses the hydrogen envelope and
becomes a helium star more than 20 times heavier than the Sun. As it occurred to
the primary, such a star cannot live long and soon collapses to form a black
hole. Secondly, the common envelope takes away a lot of angular momentum from
the binary, which results in a large orbit shrinkage (from ~2000 solar radii to
~25 solar radii). Finally, all the common envelope matter becomes repelled from
the system.

We reached the double black hole system on a relatively close orbit (~10% of the
distance between the Earth and the Sun!). Such a configuration will allow for
the further tightening of the orbit due to gravitational waves emission (they
take away angular momentum and orbital energy). In the end, after 5.4 billion
years (nearly half the age of the Universe) the merger will occur accompanied
with a strong burst of gravitational emission, which may be observable on the
Earth.
____________
Grzegorz Wiktorowicz
Astronomical Observatory
University of Warsaw


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Réponse #1 le: 04 May 2016 à 17:50
légende du tableau:

     

ZAMS : la séquence principale d'âge zéro

MS : la séquence principale

HG : le trou d'Hertzsprung

RLOFlobe de Roche

BH : trou noir

CE : (binaire) à enveloppe commune

Mo : masse solaire

Ro : rayon solaire

[Myr] : millions d'années

He star : étoile à hélium extrême

a et e : [a] représente la distance entre les deux étoiles dans les unités de mesures du rayon solaire. "Par exemple, une étoile de diamètre dix fois plus élevé que le Soleil aura un diamètre de vingt rayons solaires."[e] l'excentricité orbitale

liens des définitions: wikipedia, Futura-Science et techno-science.net


traduction du texte

Le diagramme ci-dessus (par Wojciech Gladysz) présente l'évolution d'un système binaire particulier qui émet une forte attractivité gravitationnelle en continu.
La colonne de gauche fournit l'âge du système en millions d'années. [Myr]
Au centre nous avons les dessins simplifiés du système binaire avec les phases d'évolutions et la masse solaire des deux étoiles, bleue sur
la gauche et violette sur la droite.
NDT: La masse solaire représente une échelle simple: 1 Mo signifie la masse de notre Soleil.
La colonne de droite présente la distance entre les étoiles dans les unités de rayon solaires et leur excentricité orbitale, qui décrit comment est l'inclinaison orbitale (0.00 signifiant une orbite circulaire). Ci-dessous, vous trouvez une courte description de l'évolution du système.

La description d'une évolution binaire menant à la fusion de deux trous noirs au sein de l'Univers. La séquence principale d'âge zéro (ZAMS) doit être perçu comme la naissance d'un Système binaire. À ce moment les étoiles commencent la synthèse d'hélium à l'intérieur de leurs noyaux (cœurs). Cela marque aussi le début de la plus longue phase de leur durée de la vie, la séquence principale prétendue (MS). L'étoile sur la séquence principale brille presque invariablement.

La situation change brusquement quand l'hydrogène est épuisé dans le noyau (cœur). Plus l'étoile est massive plus cela arrive vite.  Pour la plus massive, la fin de la séquence principale survient après quelques millions d'années. Ensuite, le noyau (coeur) commence à s'effondrer et chauffe considérablement, tandis que l'enveloppe de l'étoile gonfle et devient même 100
fois plus grande! Cette phase très courte mais extrêmement dynamique est appelée le trou d'Hertzsprung (HG).

Dans cette étoile massive, c'est facile pour les couches externes les plus éloignées du noyau de s'en désolidariser (devenir non-liée). Ensuite la matière flottante librement peut être capturée par le champ gravitationnel de l'autre étoile et alourdir la masse de celle-ci. Ce transfert de masse est connu sous le nom de lobe de Roche (RLOF). En quelques centaines d'années, cela
est assez puissant pour renverser le ratio de masse, c'est-à-dire, que la première étoile, qui était deux fois plus lourde à l'instant de temps de zéro de la séquence principale (ZAMS), est maintenant presque deux fois plus légère.

Le résultat de la phase du lobe de Roche est que la première étoile est totalement dépouillée de son enveloppe d'hydrogène extérieure et devient une étoile d'hélium extrême d'une masse d'environ 25 masses solaires. Une telle étoile, après un épisode bref de forte perte massive en raison du vent stellaire, forme un trou noir (BH) à travers un  effondrement direct. 'Direct' signifie ici qu'aucune explosion de supernova n'est observée dans le champ gravitationnel du nouvel objet formé, et qu'il est trop large (lourd, vaste) pour permettre à une matière d'être éjectée du système.

L'étoile secondaire, qui est plus légère à l'instant (ZAMS), évolue bien plus lentement. Cependant, après 6 millions d'années d'évolution, se termine aussi la phase de combustion d'hydrogène (la séquence principale) et commence son expansion. Mais, par contraste avec la phase RLOF expliquée ci-dessus, actuellement aucun de transfert de masse est possible. L'étoile primaire ne peut pas accumuler toute la masse, qui est perdue par la seconde étoile et les deux étoiles sont englouties(enveloppées) par cette matière. Nous voyons apparaître alors la phase connue sous le nom de binaire à enveloppe commune (CE). Bien qu'étant extrêmement courte (moins de 1000 ans), la phase change le Système significativement. Premièrement, l'étoile secondaire perd son enveloppe d'hydrogène et devient une étoile d'hélium vingt fois plus lourde que notre propre Soleil. Comme c'est arrivé pour la première, une telle étoile ne peut vivre longtemps et s'effondre bientôt pour former un trou noir. En second, l'enveloppe commune modifie beaucoup le moment cinétique orbital (moment angulaire) du Système binaire. ----phrase peut-être mal comprise? ---- qui aboutit à un grand rétrécissement orbital (d'environ 2000 rayons solaires à 25 rayons solaires  [Ro]). Finalement, toute la matière de l'enveloppe commune est repoussée du Système.

Nous obtenons un système de trou noir double sur une orbite relativement proche (environ 10%de la distance entre la Terre et le Soleil!). Une telle configuration tiendra compte du nouveau resserrement de l'orbite en raison de l'émission de vagues gravitationnelles (elles modifient le moment cinétique et l'énergie orbitale). A la fin, après 5,4 milliards d'années (presque la moitié de l'âge actuel de l'Univers), la fusion sera accompagnée d'une forte explosion d'émissions gravitationnelles, qui devrait être visible depuis la Terre.

Grzegorz Wiktorowicz
Observatoire Astronomique
Université de Varsovie
« Modifié: 06 May 2016 à 23:47 par ousermaatre »



Hors ligne JeromeC

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Réponse #2 le: 17 May 2016 à 21:41
Même en français je comprends rien !! :pt1cable:

A quoi bon prendre la vie au sérieux, puisque de toute façon nous n’en sortirons pas vivants ? (Alphonse Allais)



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Réponse #4 le: 19 May 2016 à 22:24
Que nenni, c'est juste un article très spécialisé !

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Réponse #5 le: 20 May 2016 à 09:40
Je confirme, c'est très pointu!!!
Ce qui est bien quand on est un cruncheur assidu, c'est qu'on doit comprendre TOUS les domaines de recherche, astrophysique, biologie moléculaire, mathématiques, etc...
Dur...  :siflotte:


"Je sers la science et c'est ma joie" Disciplus Simplex
Écoutez la meilleure émission radio de la Terre, et rêver l'avenir encore un peu sur La Planète Bleue. www.laplanetebleue.com


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Réponse #6 le: 20 May 2016 à 19:29
Heureusement qu'on ne "doit" pas tout comprendre, sinon on cruncherait sur pas grand chose ;)

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Réponse #7 le: 20 May 2016 à 21:09
Je crois que l'admin d'Universe a juste voulu partager le travail d'un de ses collègues.

Il faudrait demander à Modesti, ce qu'elle pense de la trad que les SETIGermany ont fait de cette article.

Peut-être ont-ils réussi à mieux le vulgariser?


Gu

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Réponse #8 le: 21 May 2016 à 10:40
Le diagramme ci-dessus (par Wojciech Gladysz) présente l'évolution d'un système binaire particulier qui émet une forte attractivité gravitationnelle continu.
La colonne de gauche fournit l'âge du système en millions d'années. [Myr]
Au centre nous avons les dessins simplifiés du système binaire avec les phases d'évolutions et la masse solaire des deux étoiles, bleue sur
la gauche et violette sur la droite.
NDT: La masse solaire représente une échelle simple: 1 Mo signifie la masse de notre Soleil.
La colonne de droite présente la distance entre les étoiles dans les unités de rayon solaires et leur excentricité orbitale, qui décrit comment est l'inclinaison orbitale (0.00 signifiant une orbite circulaire)(Spin Axis). Ci-dessous, vous trouvez une courte description de l'évolution du système.

La description d'une évolution binaire menant à la fusion de deux trous noirs au sein de l'Univers. La séquence principale d'âge zéro (ZAMS) doit être perçu comme la naissance d'un Système binaire. À ce moment les étoiles commencent la synthèse d'hélium à l'intérieur de leurs noyaux (cœurs). Cela marque aussi le début de la plus longue phase de leur durée de la vie, la séquence principale prétendue (MS). L'étoile sur la séquence principale brille presque invariablement.

La situation change brusquement quand l'hydrogène est épuisé dans le noyau (cœur). Plus l'étoile est massive plus cela arrive vite.  Pour la plus massive, la fin de la séquence principale survient après quelques millions d'années. Ensuite, le noyau (coeur) commence à s'effondrer et chauffe considérablement, tandis que l'enveloppe de l'étoile gonfle et devient même 100
fois plus grande! Cette phase très courte mais extrêmement dynamique est appelée le trou d'Hertzsprung (HG).

Dans cette étoile massive, la première couche se désolidarise jusqu'au noyau, la matière libérée qui en résulte peut être capturée par le champ gravitationnel de l'autre étoile et alourdir la masse de celle-ci. Ce transfert de masse est connu sous le nom de lobe de Roche (RLOF). En quelques centaines d'années, cela
est assez puissant pour renverser le ratio de masse, c'est-à-dire, que la première étoile, qui était deux fois plus lourde à l'instant de temps de zéro de la séquence principale (ZAMS), est maintenant presque deux fois plus légère.

Le résultat de la phase du lobe de Roche est que la première étoile est totalement dépouillée de son enveloppe d'hydrogène extérieure et devient une étoile d'hélium extrême (supergéante rouge ou supergéante bleu) d'une masse d'environ 25 masses solaires. Une telle étoile, après un épisode bref de forte perte massive en raison du vent stellaire, forme un trou noir (BH) à travers un  effondrement direct. 'Direct' signifie ici qu'aucune explosion de supernova n'est observée dans le champ gravitationnel du nouvel objet formé, et qu'il est trop large (lourd, vaste) pour permettre à une matière d'être éjectée du système.

****

Deux scénarios ont été proposés pour expliquer la formation de telles étoiles :

-Le modèle de double dégénérescence (DD) postule que ces étoiles constituent au départ un système binaire formé d'une petite naine blanche riche en hélium et d'une naine blanche plus grosse riche en carbone et en oxygène. Ces deux étoiles spiralent l'une vers l'autre sous l'effet d'ondes gravitationnelles et finissent par fusionner : si la masse résultante demeure inférieure à la masse de Chandrasekhar, l'accrétion de l'hélium sur le cœur de carbone et d'oxygène forme temporairement une supergéante visible comme étoile à hélium extrême, avant de refroidir en se condensant en naine blanche.
-Le modèle du flash final (FF) postule que les étoiles à hélium extrêmes puissent se former comme étape tardive dans l'évolution stellaire après que l'étoile a quitté la branche asymptotique des géantes. La contraction de l'étoile en naine blanche après la phase de fusion de l'hydrogène provoque la fusion de l'hélium, qui se dilate et constitue l'essentiel du volume de l'étoile, devenue une étoile à hélium extrême.

L'examen de la composition chimique des étoiles de type EHE est cependant davantage en accord avec le modèle DD, qui prévoit que la phase de fusion de l'hélium a déjà partiellement eu lieu dans ce type d'étoiles.

****

L'étoile secondaire, qui est plus légère à l'instant (ZAMS), évolue bien plus lentement. Cependant, après 6 millions d'années d'évolution, se termine aussi la phase de combustion d'hydrogène (la séquence principale) et commence son expansion. Mais, par contraste avec la phase RLOF expliquée ci-dessus, actuellement aucun de transfert de masse est possible. L'étoile primaire ne peut pas accumuler toute la masse, qui est perdue par la seconde étoile et les deux étoiles sont englouties(enveloppées) par cette matière. Nous voyons apparaître alors la phase connue sous le nom de binaire à enveloppe commune (CE). Bien qu'étant extrêmement courte (moins de 1000 ans), la phase change le Système significativement.

Premièrement, l'étoile secondaire perd son enveloppe d'hydrogène et devient une étoile d'hélium vingt fois plus lourde que notre propre Soleil. Comme c'est arrivé pour la première, une telle étoile ne peut vivre longtemps et s'effondre bientôt pour former un trou noir.

Deuxièmement , l'enveloppe commune modifie beaucoup le moment cinétique orbital (moment angulaire) du Système binaire. Ce qui aboutit à un grand rétrécissement orbital (d'environ 2000 rayons solaires à 25 rayons solaires  [Ro]).

Troisièmement, toute la matière de l'enveloppe commune est repoussée du Système.

Nous obtenons un système de trou noir double sur une orbite relativement proche (environ 10%de la distance entre la Terre et le Soleil!). Une telle configuration tiendra compte du nouveau resserrement de l'orbite en raison de l'émission de vagues gravitationnelles (elles modifient le moment cinétique et l'énergie orbitale). A la fin, après 5,4 milliards d'années (presque la moitié de l'âge actuel de l'Univers), la fusion sera accompagnée d'une forte explosion d'émissions gravitationnelles, qui devrait être visible depuis la Terre.

Grzegorz Wiktorowicz
...

Soumis à relecture et correction
« Modifié: 22 May 2016 à 17:50 par Gu »



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Réponse #9 le: 24 May 2016 à 12:37
merci, un article à mettre dans le dossier astronomie du portail.

Comme pour l'article sur le Zika, on va attendre que les mises à jour portail ait été posées.


Gu

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Réponse #10 le: 24 May 2016 à 14:07
Merci à toi pour la traduction, j'aimerais bien être relu par un [AF>ASTRO] au cas ou il y aurais une coquille ..  :hello:



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Réponse #11 le: 01 June 2016 à 01:03
Voilà comment j'ai procédé sur le portail AF, j'ai mis un texte succinct dans les brèves avec lien vers l’article qui n'est pas dans les actualités.


Si vous avez une idée différente à proposer pour sa publication sur le portail, n'hésitez pas à me le faire savoir?


Gu

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Réponse #12 le: 04 June 2016 à 21:07
ESO viens de publier une image justement ..
http://www.eso.org/public/images/1219_earth_cc/
De toutes façon c'est bien trop spécifique et trop technique ..   



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Réponse #13 le: 05 June 2016 à 13:46
Merci grand pharaon  :jap:

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Gu

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Réponse #14 le: 05 June 2016 à 17:41
Je n'avais pas vu à la première lecture ... Merci pour le partage et merci de m'avoir ajouté bien que je n'ai pas fait grand choses au final ...
 :jap:



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Réponse #15 le: 05 June 2016 à 17:51
Si tu as nettoyé les erreurs et remis en forme.

Le but de la section est de pouvoir publier un max d’articles en français sur le portail et/ou sur le forum.