Contexte :
Le rayonnement joue un rôle majeur dans une grande variété de plasmas astrophysiques à haute densité d’énergie. Par exemple, les profils de température interne des étoiles de type solaire sont contrôlés par la capacité de la matière stellaire à absorber le rayonnement, c’est-à-dire son opacité radiative. Parmi les nombreux constituants des étoiles, les éléments dits « métalliques » (de numéro atomique Z supérieur à deux) contribuent significativement à l’opacité, bien qu’ils ne représentent que quelques pourcents du mélange complet. Suite à une analyse spectrale récente de la photosphère solaire, les quantités d’éléments métalliques de faible numéro atomique (principalement carbone, azote et oxygène) ont été révisées à la baisse. Les modèles solaires standards utilisant la nouvelle composition photosphérique sont en désaccord avec les observations des pulsations du Soleil et les mesures de flux de neutrinos. Parmi les différentes explications proposées, une augmentation de l’opacité dans la zone radiative solaire pourrait réconcilier les modèles et les observations. Une telle hypothèse implique que les opacités des éléments plus lourds devraient être révisées à la hausse pour compenser la diminution de l’abondance des éléments métalliques de faible Z. Ces éléments lourds sont toujours partiellement ionisés : de nombreux états atomiques excités sont sensiblement peuplés et contribuent de manière significative à l’opacité. Les calculs fondés sur un échantillonnage incomplet de ces états peuvent conduire à des valeurs d’opacité trop faibles. Une grande partie des tables d’opacité couramment utilisées par la communauté des astrophysiciens a été calculée il y a 20 ans lorsque les ressources informatiques n’étaient pas ce qu’elles sont aujourd’hui. Jusqu’à encore très récemment, les astrophysiciens utilisaient soit les tables OP (du nom de l’ « Opacity Project », une collaboration académique internationale) ou OPAL (« OPAcités Livermore », du nom du laboratoire national américain Lawrence Livermore). Plusieurs groupes développent actuellement de nouveaux codes d’opacité pour des applications liées à la physique stellaire. Bien que ces codes diffèrent par leur modélisation du plasma, la plupart repose sur des approches dites « détaillées » fondées sur le calcul de la structure fine des configurations électroniques. Le modèle d’opacité SCO-RCG, appartient à cette famille de codes très précis, mais il est unique en son genre, en ce sens qu’il permet de modéliser les effets de l’environnement plasma sur les fonctions d’onde, et donc sur les énergies et les forces d’oscillateur des nombreuses raies spectrales. Il permet également la prise en compte d’un grand nombre d’états excités et de raies satellites, et dispose d’un calcul exact de l’effet Stark pour les atomes hydrogénoïdes et héliumoïdes.
Objectif du post-doctorat :
L’objectif du stage post-doctoral est d’utiliser le code SCO-RCG pour calculer des opacités utiles pour la modélisation des zones radiatives solaires. Même si le code est déjà très abouti (il a été confronté avec succès à de nombreuses expériences de spectroscopie d’absorption laser et Z-pinch), le chercheur devra améliorer certains aspects de la modélisation, comme le traitement de l’effet Bremsstralung inverse, la diffusion Compton par les électrons libres, ou encore la diffusion Rayleigh par les électrons liés. Il contribuera aussi à rendre le code robuste afin de le mettre en capacité d’effectuer des calculs intensifs dans un domaine étendu de conditions thermodynamiques. Les sources possibles d’incertitude dans les calculs seront examinées et discutées. Les opacités obtenues seront comparées aux données de et OPAL. Le jeune chercheur devra également interagir avec des astrophysiciens (par exemple au CEA/IRFU) pour tester les nouvelles opacités dans un code de structure et d’évolution stellaires.
Contact :
Jean-Christophe PAIN – CEA/DIF – Bruyères-le-Châtel – 91297 Arpajon – 01 69 26 40 00