Toward Precision Cosmochronology: A New C/O Phase Diagram for White Dwarfs

The continuous cooling of a white dwarf is punctuated by events that affect its cooling rate. Probably the most significant of those is the crystallization of its core, a phase transition that occurs once the C/O interior has cooled down below a critical temperature. This transition releases latent heat as well as gravitational energy due to the redistribution of the C and O ions during solidification, thereby slowing down the evolution of the white dwarf. The unambiguous observational signature of core crystallization - a pile-up of objects in the cooling sequence - was recently reported. However, existing evolution models struggle to quantitatively reproduce this signature, casting doubt on their accuracy when used to measure the ages of stellar populations. The timing and amount of the energy released during crystallization depend on the exact form of the C/O phase diagram. Using the advanced Gibbs-Duhem integration method and state-of-the-art Monte Carlo simulations of the solid and liquid phases, we have obtained a very accurate version of this phase diagram, allowing a precise modeling of the phase transition. Despite this improvement, the magnitude of the crystallization pile-up remains underestimated by current evolution models. We conclude that latent heat release and O sedimentation alone are not sufficient to explain the observations and that other unaccounted physical mechanisms, possibly $^{22}$Ne phase separation, play an important role.Comment: 4 pages, 2 figures. Accepted for publication in A&A Letter

Renormalized kinetic theory of classical fluids in and out of equilibrium

We present a theory for the construction of renormalized kinetic equations to describe the dynamics of classical systems of particles in or out of equilibrium. A closed, self-consistent set of evolution equations is derived for the single-particle phase-space distribution function $f$, the correlation function $C=$, the retarded and advanced density response functions $\chi^{R,A}=\delta f/\delta\phi$ to an external potential $\phi$, and the associated memory functions $\Sigma^{R,A,C}$. The basis of the theory is an effective action functional $\Omega$ of external potentials $\phi$ that contains all information about the dynamical properties of the system. In particular, its functional derivatives generate successively the single-particle phase-space density $f$ and all the correlation and density response functions, which are coupled through an infinite hierarchy of evolution equations. Traditional renormalization techniques are then used to perform the closure of the hierarchy through memory functions. The latter satisfy functional equations that can be used to devise systematic approximations. The present formulation can be equally regarded as (i) a generalization to dynamical problems of the density functional theory of fluids in equilibrium and (ii) as the classical mechanical counterpart of the theory of non-equilibrium Green's functions in quantum field theory. It unifies and encompasses previous results for classical Hamiltonian systems with any initial conditions. For equilibrium states, the theory reduces to the equilibrium memory function approach. For non-equilibrium fluids, popular closures (e.g. Landau, Boltzmann, Lenard-Balescu) are simply recovered and we discuss the correspondence with the seminal approaches of Martin-Siggia-Rose and of Rose.and we discuss the correspondence with the seminal approaches of Martin-Siggia-Rose and of Rose.Comment: 63 pages, 10 figure

Dynamique électronique femtoseconde dans les agrégats métalliques

L'objet de ce travail est une étude théorique de la dynamique femtoseconde, linéaire et non linéaire, des électrons délocalisés dans les agrégats métalliques. L'utilisation de divers modèles d'agrégats, du jellium sphérique à ceux où les ions sont décrits par un pseudopotentiel réaliste, permet de considérer le rôle des interactions électrons-ion. L'approche théorique utilisée est basée sur la limite semi-classique des équations de Kohn-Sham dépendant du temps. Les électrons sont représentés par une distribution d'espace de phase gouvernée par l'équation de Vlasov et les ions évoluent selon les équations classiques du mouvement. Un code de calcul parallèle permet d'analyser la dynamique d'agrégats de plusieurs centaines d'atomes pendant quelques centaines de femtosecondes, et ce tout en assurant la conservation du caractère fermionique des électrons. Une comparaison directe entre les résultats quantiques (TDLDA) et leurs correspondants semi-classiques justifie l'utilisation de cette approche. Trois études sont présentées : la relaxation ultrarapide du plasmon, la dynamique des interactions laser intense-agrégats et les collisions ion multichargé-agrégat métallique. Contrairement aux modèles du type jellium, la description de la structure ionique discrète permet de rendre compte des temps de relaxation du plasmon mesurés expérimentalement, inférieurs à 10 fs. On l'explique en terme de diffusion électronique sur les non linéarités du potentiel des ions. Une approche en termes d'orbites classiques dans le champ moyen permet de comprendre la manifestation d'effets de taille finie. Les interactions électron-ion jouent aussi un rôle essentiel dans l'absorption et la redistribution de l'énergie laser pendant et après le passage d'une impulsion laser intense femtoseconde ; en particulier, les effets de la pression cinétique sont indispensables pour décrire l'énergétique de l'explosion finale de l'édifice atomique. Enfin, l'analyse des énergies d'excitation d'agrégats chargés par des ions multichargés permet d'interpréter l'évolution des tailles d'apparition expérimentales.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF