Atelier Cesam2k20 II : Processus de transport

emeric bron — 2024-05-24T16:54:41Z

Résumé

La première version publique du code numérique de structure interne et d'évolution stellaire Cesam2k20 (https://www.ias.u-psud.fr/cesam2k20) a été mise à disposition de la communauté en décembre 2023 et a donné lieu en même temps à un premier workshop de présentation du code, qui a accueilli 34 participants. Nous organisons cette année une deuxième édition de cet atelier pendant deux jours à l'Observatoire de Meudon, dans les locaux du Centre de Conférences Jules Janssen pour environ 30 personnes. Cette deuxième édition sera consacrée à la modélisation des processus de transport dans les intérieurs stellaires avec Cesam2k20. Le premier jour, la matinée sera dédiée à une introduction générale du code, ainsi qu'à des présentations focalisées sur les différents mécanismes de transport disponibles et leur implémentation. Pendant l'après-midi, les participants apprendront à installer Cesam2k20 sur leur machine personnelle. Ils pourront dans la suite de l'atelier utiliser le code pour calculer et traiter différents cas types que nous aurons préparés.

Justification scientifique

Le code d'évolution stellaire Cesam2k20 est un code dédié à la modélisation de l'évolution de la structure d'étoiles de masses faibles et intermédiaires. Son développement a été initié par P. Morel (OCA) en 1989 et connaît depuis plus de 30 ans une activité soutenue, ce qui fait de lui un code mature, implémentant des processus physiques très variés. Il a été plusieurs fois validé par comparaison avec d'autres codes d'évolution stellaire (ESTA-CoRoT model comparison 2006-2010, Aarhus Red Giant Working Group 2014-2020, Stellar Evolution Challenge 2005-2006, actuellement PLATO WP121 100 comparisons). Le code a été récemment identifié par le PNPS comme code à vocation à devenir communautaire. Ceci s'inscrit dans le cadre d'une nouvelle charte pour les codes communautaires labellisés par l'INSU. L'objectif est maintenant de coordonner les efforts de la communauté de physique stellaire sur le développement et l'utilisation d'un nombre restreint de codes numériques. Ce second atelier vient donc poursuivre cet effort.

Cesam2k20 est, par ailleurs, fortement impliqué dans la préparation de la mission PLATO. L'objectif principal de la mission PLATO est de détecter et de caractériser des exoplanètes telluriques orbitant autour d'étoiles brillantes de type solaire, préférentiellement dans la zone d'habitabilité. Afin de caractériser au mieux les exoplanètes observées, PLATO effectuera un suivi photométrique des étoiles hôtes afin d'obtenir des données astérosismiques et de mesurer les fréquences des modes avec une précision de 0.3-0.5 microHz. Le PLATO Science Management (PSM), s'est engagé à fournir, grâce à ces observations, des déterminations des masses, rayons et âges (MRA) avec respectivement une exactitude de 15%, 2% et 10%.

La détermination des MRA d'une étoile repose en très grande partie sur des modèles d'évolution stellaire réalistes. Le choix de la physique et son implémentation dans les modèles est très important pour obtenir des déterminations non biaisées. Afin de fournir les paramètres les plus exacts possibles, le groupe de travail WP121 doit fournir des grilles de modèles stellaires. Trois générations de grilles sont envisagées, de plus en plus complexes. La première grille inclura une physique standard, telle qu'elle est implémentée dans la plupart des codes d'évolution stellaire depuis des décennies. C'est le code d'évolution stellaire Cesam2k20 qui a été choisi pour la calculer.
La deuxième grille de modèles stellaires devra incorporer une physique plus riche et en particulier des mécanismes de transport réalistes. Le code qui devra calculer cette grille n'est pas encore choisi, mais Cesam2k20 est d'ores et déjà un candidat sérieux. Ce nouvel atelier vise donc aussi à soutenir les développements qui lui permettraient d'être sélectionné. Il sera l'occasion d'apprendre à utiliser le code Cesam2k20, avec un point d'attention particulier sur les mécanismes de transport. Cet atelier s'adresse à la communauté nationale et possiblement internationale des physiciens stellaires, mais aussi à des chercheurs intéressés par les connexions entre étoiles et planètes ou à la caractérisation d'ensembles d'étoiles de la Galaxie. A l'Observatoire de Paris, sont concernés tout particulièrement les collègues s'intéressant aux étoiles observées par Gaia et aux premières étoiles (actuellement au GEPI) ainsi que les collègues du Pôle Étoile du LESIA. L'atelier est prévu pour durer deux jours et pour une trentaine de personnes.

Programme scientifique préliminaire

– matinée 1 : introduction générale du code, ainsi que des présentations focalisées sur les différents mécanismes de transport disponibles et leur implémentation.
– après-midi 1 : consacrée à une première prise en main de Cesam2k20. Il s'agira d'installer le code, puis de calculer quelques premiers modèles et d'utiliser les outils de visualisation et de post-traitement des simulations. On réalisera ensuite une calibration solaire standard. Les exercices effectués lors de cette après-midi suivent le programme d'un TP donné lors d'un précédent atelier
– après-midi 1 et jour 2 : les participants pourront explorer les mécanismes de transport disponibles dans Cesam2k20 à travers différents applications que nous auront préparé. Ils seront aussi encouragés à venir avec des cas d'étude précis pour que nous puissions les guider dans des applications qui leur seront directement utiles dans leurs projets de recherche.