Modélisation de l'interaction entre le champ magnétique d'une étoile et une planète extrasolaire proche

Interaction of a close-in extrasolar planet with the magnetic field of its host star

• Auteur / Autrice : Randy Olivier Laine
• Direction : Michel Tagger, Douglas N.C. Lin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/07/2013
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace (Orléans ; 2012-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
• Jury : Président / Présidente : Thierry Dudok De Wit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Tagger, Douglas N.C. Lin, Thierry Dudok De Wit, Fabrice Mottez, Philippe Zarka, Thomas Chust
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Mottez, Philippe Zarka
• DOI : 10.70675/8d1d56c9z2a06z4726zb72cz216cf6b3408d

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exoplanètes

Étoiles

Champs magnétiques

Mots clés libres

Planète extrasolaire

Inducteur unipolaire

Courants induits

Migration, inflation et différenciation planétaire

Close-in extrasolar planet

Unipolar inductor

Eddy currents

Planetary migration, inflation and differentiation

Remote sounding

Résumé

La découverte de nombreuses planètes extrasolaires depuis 1995 est une source d’inspiration pour les modèles de formation et évolution des systèmes solaires. Une fraction de ces planètes ont un demi-grand axe inférieur à 0.1 UA; une planète qui migre à proximité de son étoile subit donc d’abord un fort vent solaire et, après son entrée dans la magnétosphère stellaire, un fort champ magnétique. Nous étudions séparemment l’interaction entre ces planètes et la composante périodique et indépendente du temps du champ magnétique dipolaire stellaire. L’interaction périodique est associée à des courants induits confinés dans la planète. Nous étudions deux effets qui pourraient augmenter le moment angulaire d’une planète gaseuse géante qui migre vers son étoile: un torque de Lorentz qui transferre du moment angulaire de la rotation de l’étoile vers l’orbite de la planète et une perte de masse induite par la dissipation ohmique dans la planète qui peut donner du moment angulaire à la planète lorsque cette masse est accrétée sur l’étoile. Nous modellisons l’interaction indépendente du temps comme un modèle d’inducteur unipolaire, dans lequel le courant induit circule dans une boucle fermée formée par la planète, le flux de tube, et le pied du flux de tube dans l’atmosphère stellaire. Nous calculons de fa con cohérente la dissipation ohmique dans la planète et le pied du flux de tube ainsi que le couple de Lorentz. Nous utilisons alors ce modèle pour expliquer l’aspect enflé de certaines planètes géantes. Finalement, nous suggérons que ce modèle permettrait également d’estimer la conductivité électrique des super-Terres qui interagissent magnétiquement avec leur étoile.

The numerous and diverse extrasolar planets detected since 1995 provide much inspiration for planetary astrophysics. A fraction of these extrasolar planets orbit their host stars at semi-major axes less than 0.1 AU; a planet which has migrated toward its host star would thus first encounter a strong magnetized wind and, as it enters the stellar magnetosphere, strong magnetic fields. We model the interaction of such a close-in extrasolar planet with the dipolar magnetic field of its host star and study separately the time-dependent and independent components. The time-dependent interaction gives rise to Eddy currents confined in the planet. We investigate two effects that may transfer angular momentum to a planet approaching its host TTauri star through type II migration: a Lorentz torque that transfers angular momentum from the stellar spin to the planetary orbit and a mass loss induced by the ohmic dissipation in the planet, which may transfer angular momentum to the planet as the gas is accreted onto the star. We model the time-independent interaction with the unipolar inductor model, which allows the current induced in the planet to flow along a closed loop constituted by the planet, the flux tube, and its footprint on the stellar atmosphere. We self-consistently calculate the ohmic dissipation in the planet and the star and the associated Lorentz torque. We then suggest that the ohmic dissipation may provide the extra energy needed to explain some planets with inflated radii. Finally, we propose that the model may also be used to remotely infer the electric conductivity of the outer layers of super-Earths interacting magnetically with their host stars.