Astrophysical jets and winds : from theory to modelling
Mémoire de synthèse : De la théorie aux modèles d'éjections
Résumé
Ejections from stars is a common phenomenon. Stellar or extra-galactic jets are characterized by strongly accelerated plasma in the form of a bipolar flow more or less collimated along the rotation axis of the source. We have analysed the role of rotation, pressure and magnetic fields in the processes of accelerating and collimating the plasma jets and on their stability. We have shown the existence in these flows of MHD horizons and ergospheres analogous to their well known counterparts in the metrics of Black Holes. Self similar models of jets and winds allowed us to define general physical criteria for the classification of outflows depending on their energy distribution. We have applied such models to various objects such as the solar wind, jets from Young Stellar Objets and jets from Active Galactic Nuclei. For these objects, specific extension to the relativistic domain is demanded which is a point under consideration.
Les processus d'éjection de masse des étoiles sont un phénomène largement répandu. Les vents, les jets stellaires ou les jets extra-galactiques sont caractérisés par une forte accélération du plasma éjecté et une morphologie plus ou moins bipolaire, plus ou moins focalisée le long de l'axe de rotation de la source. Nous avons effectué différentes analyses des rôles de la pression, du champ magnétique et de la rotation du plasma dans les processus de formation et d'accélération des jets et sur leur stabilité. Les travaux exposés montrent, en particulier, le rôle essentiel du couplage magnétocentrifuge et du gradient de densité aussi bien dans la formation que dans la stabilisation des jets. L'étude des écoulements de vents de disques et de couronnes, nous a amené à étudier en détails le rôle des surfaces critiques et leur lien essentiel avec les conditions limites. Nous avons montré l'analogie des écoulements MHD avec la métrique des trous noirs : les surfaces critiques sont l'analogue des horizons. Il existe aussi des ergosphères MHD, distinctes des horizons, qui n'ont pas nécessairement le rôle prédominant qu'on leur a parfois accordé. Les modèles autosimilaires de vents de couronne nous ont permis d'établir des critères originaux sur la collimation des vents en jets et de relier la focalisation la distribution d'énergie sur la source. Par ailleurs, nous avons introduit la notion de rotateurs magnétiques efficaces et inefficaces pour distinguer entre les sources de jets confinés thermiquement et celles de jets confinés magnétiquement. L'application de ces modèles au vent solaire (données de la sonde Ulysse) et aux jets d'étoiles jeunes (jets de classes 2), nous a permis de valider les critères de collimation. Nous avons proposé un scénario pour l'évolution des jets en vents au cours de l'évolution stellaire, tout en proposant une autre origine pour la formation des jets protostellaires de classe 0. Par ailleurs, ces mêmes critères nous ont permis d'avancer une nouvelle interprétation de la classification des jets extragalactiques. Pour ces jets, une extension relativiste des modèles, sur laquelle nous travaillons, est cependant nécessaire.