Simulations unidimensionnelles

Afin de quantifier les effets dus `a chaque m´ecanisme physique ´etudi´e (hydrodynamique, transfert, refroidissement), nous avons, dans un premier temps, fait des simulations unidimensionnelles. Le domaine de calcul est ´echantillonn´e sur 1 000 cellules et repr´esente une longueur de 2.5 1016 _cm.

Le milieu est au repos, `a une temp´erature initiale de 100 K et une densit´e de 106 cm−3<sub>. Le jet va `a 500 km/s, avec une temp´erature de 100 K et une</sub>

densit´e de 100 cm−₃

. “Jet” uniforme

La figure 5.7 montre les effets des diff´erents m´ecanismes dans notre confi- guration pour quatre simulations. Lorsqu’on ne consid`ere que l’hydrodyna- mique (courbe noire), un choc se propage `a une vitesse tr`es largement inf´e- rieure `a la vitesse d’injection, de l’ordre de quelques kilom`etres par seconde. Le milieu post-choc est chauff´e `a une temp´erature proche de 107 K. De plus, une onde de rar´efaction se cr´ee en arri`ere du choc. En effet, la densit´e d’injection est plus faible que celle r´egnant dans le milieu initialement.

Lorsqu’on consid`ere en plus le refroidissement (courbe rouge), le gaz post-choc se refroidit jusqu’`a atteindre la temp´erature d’´equilibre `a la densit´e donn´ee. Ainsi, dans le jet `a 102 cm−3_{, la temp´erature s’´equilibre `a 100 K}

tandis que dans le milieu initial, la densit´e est de 106cm−3_{et la temp´erature}

d’´equilibre de 15 K. La zone de compression est, de plus, beaucoup plus ´etroite et plus forte, la densit´e atteignant des valeurs de 8 106 cm−3_{. Cela}

est dˆu au fait que, le gaz se refroidissant, son ´energie interne diminue et il peut ˆetre comprim´e plus fortement (cf. chapitre 4).

´

Etudions maintenant le cas coupl´e hydrodynamique et transfert, sans refroidissement : la courbe verte. Cette fois-ci, le choc, caract´eris´e par un pic en temp´erature, va d´evelopper un pr´ecurseur radiatif. Le rayonnement issu du choc se propage des deux cˆot´es. Ce rayonnement chauffe alors la mati`ere avec un temps de couplage inversement proportionnel `a la densit´e. Ainsi, du cˆot´e du jet, le temps est long : on voit le pr´ecurseur radiatif `a contre-courant du jet tel qu’on l’a d´ej`a vu dans le chapitre 4 sur les chocs radiatifs. Comme l’injection de gaz froid est continue, le pr´ecurseur ne peut pas chauffer le jet de fa¸con cons´equente. En revanche, du cˆot´e du nuage mol´eculaire, la densit´e est grande donc le temps de couplage est court et la mati`ere est tr`es vite chauff´ee. Un plateau isotherme apparaˆıt `a une temp´erature proche de 3 000 K, ce qui correspond `a peu pr`es `a la valeur de temp´erature pour laquelle l’opacit´e est la plus faible (cf. figure 5.6).

Enfin, si on fait une simulation compl`ete avec hydrodynamique, refroi- dissement et transfert (courbe bleue), on retrouve toutes les caract´eristiques pr´ec´edentes. Un pic en temp´erature situe le choc, un pr´ecurseur radiatif se

5.3 R´esultats 111 1013 ₁₀14 ₁₀15 ₁₀16 ₁₀17 x (cm) 102 103 104 105 106 107 Densite (cm -3 ) (a) Densit´e 1013 ₁₀14 ₁₀15 ₁₀16 ₁₀17 x (cm) 101 102 103 104 105 106 107 108 Temperature (K) (b) Temp´erature

Fig.5.7 – Effets du refroidissement et du transfert sur les profils de densit´e et de temp´erature dans une simulation de jet unidimensionnel apr`es 48 ans de propagation. Noir : simulation purement hydrodynamique. Rouge : hy- drodynamique + refroidissement. Vert : hydrodynamique + transfert. Bleu : hydrodynamique + refroidissement + transfert.

1013 ₁₀14 ₁₀15 ₁₀16 ₁₀17 x (cm) 102 103 104 105 106 107 Densite (cm -3)

Fig.5.8 – Effets du refroidissement et du transfert sur les profils de densit´e dans une simulation de jet puls´e unidimensionnel apr`es 96 ans de propaga- tion. Le code de couleur est identique `a la figure 5.7.

propage `a contre-courant, les temp´eratures d’´equilibre sont de 100 K dans le jet et de 15 K dans le milieu, la zone de compression est ´etroite, et un plateau isotherme aux alentours de 3 000 K se d´eveloppe dans le sens du jet. “Jet” puls´e

Nous avons ensuite ´etudi´e l’influence de la pulsation du jet. La figure 5.8 repr´esente le logarithme de la densit´e dans une simulation de jet puls´e avec le mˆeme code de couleur que la figure 5.7. Nous avons choisi un temps de sortie tel que les modulations soient visibles. En particulier, on en voit une dans le jet sur la courbe noire et une autre dans la r´egion du choc sur la courbe verte. L’ajout de pulsations au jet ne change en rien les caract´eristiques discut´ees dans le paragraphe pr´ec´edent. Les profils en temp´erature sont d’ailleurs les mˆemes. Seuls sont modifi´es les profils d’impulsion. L’impulsion d’injection minimale ´etant de toute fa¸con tr`es sup´erieure `a la vitesse de propagation du choc, les modulations rattrapent toujours le choc. Une succession de surdensit´es apparaˆıt donc dans le jet et vient alimenter le choc. Ces simulations nous ont donc permis de comprendre l’influence des dif- f´erents m´ecanismes sur la propagation d’un jet unidimensionnel. L’hydro- dynamique cr´ee un choc se propageant `a quelques kilom`etres par seconde.

5.3 R´esultats 113

Le refroidissement comprime encore plus ce choc et diminue son extension radiale. Il change aussi les temp´eratures d’´equilibre dans le nuage et dans le jet. Enfin, caract´eristique du transfert, un pic en temp´erature situe le choc et un plateau isotherme cr´eant une r´egion surdense se d´eveloppe en avant du choc.