Calcul d’opacités radiatives pour la modélisation des intérieurs stellaires

Contexte :

Le rayonnement joue un rôle majeur dans une grande variété de plasmas astrophysiques à haute densité d’énergie. 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. Les éléments de numéro atomique Z supérieur ou égal à trois contribuent significativement à l’opacité, bien qu’ils ne représentent que quelques pourcents du mélange. Suite à une analyse spectrale récente de la photosphère solaire, les quantités d’éléments de faible numéro atomique (principalement carbone, azote et oxygène) ont été revues à la baisse. Les modèles solaires standards utilisant la nouvelle composition photosphérique sont en désaccord avec les observations d’hélio-sismologie et les mesures de flux de neutrinos. On estime qu’une augmentation régulière de l’opacité dans la zone radiative solaire de 5 % près du coeur à 25 % à la base de la zone convective pourrait réconcilier modèles et observations. Une telle hypothèse implique que les opacités des éléments plus lourds (comme le chrome, le fer et le nickel) devraient être révisées à la hausse. Du fait des températures élevées, ces éléments sont partiellement ionisés et de nombreux états atomiques excités contribuent à l’opacité. Une grande partie des tables d’opacité utilisées par la communauté des astrophysiciens a été calculée il y a 20 ans, à une époque où les moyens de calculs n’étaient pas ce qu’ils sont aujourd’hui.

Objectif :

Plusieurs groupes développent de nouveaux codes d’opacité pour des applications à la physique stellaire. Bien qu’ils diffèrent par leur modélisation du plasma, ces codes reposent pour la plupart sur des approches « détaillées » décrivant la structure fine des configurations électroniques. Le modèle SCO-RCG, appartient à cette famille, 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 raies spectrales. Il permet également la prise en compte d’un grand nombre d’états excités, et un calcul exact de l’effet Stark pour les atomes hydrogénoïdes et héliumoïdes.
L’objectif du post-doctorat proposé est d’utiliser SCO-RCG pour calculer des opacités utiles pour la modélisation des zones radiatives solaires. Même si le code est déjà abouti (il a été confronté avec succès à de nombreuses expériences laser et Z-pinch), le(a) post-doctorant(e) devra améliorer certains aspects de la modélisation, comme le traitement de l’effet Bremsstralung inverse ou les diffusions Compton et Rayleigh. Il(elle) contribuera aussi à rendre le code robuste pour effectuer des calculs intensifs. Les sources possibles d’incertitude dans les calculs seront examinées et discutées. Le(a) post-doctorant(e) pourra également interagir avec des astrophysiciens pour tester les nouvelles opacités dans un code de structure et d’évolution stellaires.

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