Stellar stability and asteroseismology

Durée

30h Th, 10h Pr

Nombre de crédits

Enseignant

Marc-Antoine Dupret

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Au cours de leur évolution, les étoiles passent par des phases d'instabilité qui peuvent se manifester de façon violente, se traduire par une simple accélération de l'évolution, ou encore induire des oscillations. L'étude détaillée de ces oscillations permet d'obtenir des informations sur leur structure interne, inaccessibles par tout autre moyen. Cette façon de sonder les étoiles, apparentée à la sismologie, est appelée astérosismologie.
Ce cours présente les bases de la théorie des oscillations stellaires. Nous commençons par établir les fondements mathématiques du problème aux valeurs propres régissant ces oscillations. Nous commençons par étudier les oscillations radiales adiabatiques puis passons aux oscillations non-radiales, tous 2 des problèmes hermitiens. En guise de présentation de l'astérosismologie, nous entamons ensuite une discussion détaillée sur le lien entre les caractéristiques internes des étoiles et leurs fréquences d'oscillation. Dans cette optique, nous faisons une analogie avec un problème physique plus simple: celui des modes acoustiques dans un tuyau d'orgue. Nous généralisons ensuite les propriétés rencontrées au cas général des oscillations stellaires. Puis nous considérons de plus près les 3 grands types de pulsation: modes de pression (acoustiques), modes de gravité et modes mixtes; et montrons comment ils se manifestent de façon pratique dans différents types d'étoiles pulsantes. Nous voyons ensuite l'impact de la rotation des étoiles sur leur spectre d'oscillation (analogie avec l'effet Zeeman).
Dans la 2ème partie du cours, nous étudions le problème de la stabilité des étoiles. Nous commençons par établir le critère de stabilité dynamique. Nous mettons ensuite en équations le problème général des oscillations stellaires non-adiabatiques (inclusion des aspects énergétiques). Un 1er cas limite nous permet de discuter brièvement de la stabilité séculaire des étoiles. Nous regardons ensuite de plus près le cas des oscillations stellaires, ce qui nous conduit à la notion importante de stabilité vibrationnelle. Ceci nous permet de mettre en évidence les principaux mécanismes énergétiques à l'origine des oscillations stellaires: cycles thermodynamiques moteurs dus aux variations d'opacité, ...

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

L'objectif général de ce cours est de présenter les fondements de la théorie des oscillations stellaires. D'un point de vue mathématique, il s'agit d'un problème aux valeurs propres présentant des analogies avec de nombreuses autres situations physiques (structures des atomes en physique quantique, acoustiquen modes de vibration). L'analyse présentée est donc utile dans un cadre plus large. Les étudiants sont plongés ici dans un domaine de pointe de la physique stellaire, en effet l'astérosismologie est la méthode moderne la plus prometteuse pour sonder la physique interne des étoiles.

La plupart des notions suivantes seront abordées et devront être connues.

* Position de quelques types d'étoiles variables dans le diagramme HR
* Temps caractéristiques
* Equations générales d'hydrodynamique et de thermodynamique
* Configurations d'équilibre
* Méthode des petites perturbations
* Perturbations adiabatiques
* Oscillations radiales
* Expression asymptotique des fréquences radiales
* Oscillations non radiales
* Description des modes non radiaux
* Influence de la rotation
* Techniques de base de l'astérosismologie sur la séquence principale du diagramme HR.
* Rappels théoriques simples: ondes acoustiques dans un tuyau d'orgue.
* Mécanismes d'excitation dans les étoiles
* Identification des modes: photométrie multicouleur, variation des profils de raie.

Savoirs et compétences prérequis

L'étudiant devra avoir des connaissances en mathématiques et en physique d'un niveau comparable à celui des cours dispensés au niveau bachelier dans la section de physique. Des connaissances en structure et évolution stellaire lui permettront de tirer le meilleur parti de ce cours.
Cours co-requis :
SPAT0044-1 Structure et évolution des étoiles I. SPAT0040-1 Fluid mechanics (P.C. Dauby)
Cours complémentaires conseillés:
"Etoiles variables" et "Geophysical fluid dynamics - part 1."

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

Cours donné à raison de 3h/semaine le 2ème quadrimestre.
A partir de l'année académique 2016-2017, le cours sera donné en anglais, sauf si les étudiants demandent qu'il soit donné en français.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Des notes de cours et les présentations Powerpoint seront mises à disposition des étudiants.

Modalités d'évaluation et critères

Lors de l'examen oral, chaque étudiant présente, en 20 min. environ, une question de son choix abordée au cours. Il est ensuite interrogé brièvement sur d'autres aspects du cours.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Contacts

Marc-Antoine Dupret
email: MA.Dupret@ulg.ac.be
adresse: Institut d'Astrophysique et Géophysique, bât. B5c, +1
Tél: 04 366 97 32

Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session de mai-juin

Méthodes d'apprentissage mises en œuvre : enseignement à distance

Quand l'enseignement à distance a commencé, j'ai donné 1 cours avec Lifesize. Mais en raison des problèmes de connection et du nombre réduit d'étudiants y assistant, j'ai ensuite décidé de procéder différemment. J'ai enregistré mes cours avec Camtasia et les ai envoyés aux étudiants par le DoX. L'enseignement à l'horaire habituel a été remplacé par des séances de questions-réponses en visioconférence.

Matière de l'évaluation

L'entièreté de la matière a pu être donnée.

Méthodes d'évaluation

Une liste de 5 questions couvrant l'essentiel de la matière a été envoyée aux étudiants à l'avance. Ils sont invités à choisir 1 question parmi celles-ci et préparer à l'avance 1 présentation (powerpoint, pdf, ...) y répondant. Durant l'examen oral, ils me feront cette présentation en visioconférence en 20 minutes avec partage d'écran, et, en fonction de celle-ci, je leur demanderai ensuite des précisions pour me rendre compte de leur degré de compréhension. Je poserai ensuite une ou 2 petite question ponctuelle sur une autre partie de la matière pour vérifier que l'étudiant ne s'est pas limité dans son étude à la partie présentée.

Contact

Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session août-sept

Matière de l'évaluation

Comme la 1ère session

Méthodes d'évaluation (et plateforme utilisée)

Comme la 1ère session

Contact(s)

Notes en ligne