Numerical simulations of planet-forming disks : theoretical predictions for observational interpretation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Numerical simulations of planet-forming disks : theoretical predictions for observational interpretation

Simulations numériques de disques protoplanétaires : prédictions théoriques pour interprétation observationnelle

Résumé

To this day, thousands of planets have been identified outside of our own solar system. Theirformation is thus not an unlikely occurence. A number of still-forming young stars are also known,circled by remnants of gas and dust which are shaped by centrifugal forces into disk-like objects. Inthose disks, planets are born as they accumulate nearby material. Although the successive steps of thisevolution, from micrometric grains to planet-sized objects are relatively well identified, the remainingchallenges are numerous. Indeed, small size solids tend to rapidly accrete (in a few million years) ontothe star. It is also the case (albeit for different reasons) of planet-mass objects, which concede theirangular momentum to the circumstellar disk. In this thesis, I study possible solutions to such problemsthrough hydrodynamical simulations. I show that, contrary to a received idea, migration of giantplanets does not follow the viscous spreading in the disk. Moreover, I highlight that planetary accretiondoes not significantly affect migration rates. Then, I deal with a scenario that favours constructiveagregation of dust, namely Rossby vortices, whose existence is still debated for we lack observationalconstraints. I show that such structures could be identified through a handful of observables, amongwhich dynamical signatures seen in Doppler shifts. Using radiative transfer as a post-processing meth-od,I provide additional predictions for signatures in interferometric observations of thermal emission, aswell as polarimetric features of those vortices. Finally, I dedicate my last chapter to describing my maincontributions to open source projects that I used throughout my thesis.
A ce jour, plusieurs milliers de planètes ont été identifiées hors de notre propre système solaire. Leur formation n’est donc pas un événement rare. On connait également nombre de très jeunes étoiles en pleine formation, entourée de reliquats de gaz et de poussière, prenant la forme de disques sont l’action de la force centrifuge. C’est dans ces disques que les planètes naissent, accumulant la matière environnante. Si les différentes étapes de la croissance de ces agrégats, de grains micrométriquesjusqu’à des dimensions planétaires sont relativement bien identifiées, de nombreux obstacles parsèment ce chemin. En effet, les solides de petites tailles ont tendance à accreter rapidement (en quelques millions d’années) sur l’étoile. C’est aussi le cas (mais pour des raisons différentes) des objets de masses planétaires, qui cèdent leur moment cinétique au disque qui entoure l’étoile. Dans cette thèse, j’étudie des solutions possibles à de tels problèmes au moyen de simulations hydrodynamiques. Je montre que, contrairement à une idée reçue, la migration des planètes géantes n’accompagne pas le transportvisqueux du disque. De plus, je mets en évidence que l’accrétion de la planète elle-même n’affecte pas significativement sa vitesse de migration. Ensuite, je traite d’un scenario favorable à l’aggrégation constructive de la poussière, à savoir les vortexs de Rossby, dont l’existence est encore débattue du fait d’un manque de contrainte observationnelle. Je montre que de telles structures pourraient être identifiées à travers plusieurs observables, parmi lesquelles les signatures dynamiques par effet Doppler. En m’appuyant sur un post-traitement par transfert radiatif, je prédis en outre des signatures détectablespar des observations interférométriques de l’émission thermique, ainsi que les structures polarimé-triques attendues pour ces vortexs. Enfin, je consacre un ultime chapitre à la description de mes plus importantes contributions aux logiciels libres que j’ai utilisé au cours de ma thèse.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03197898 , version 1 (14-04-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03197898 , version 1

Citer

Clément Robert. Numerical simulations of planet-forming disks : theoretical predictions for observational interpretation. Galactic Astrophysics [astro-ph.GA]. Université Côte d'Azur, 2020. English. ⟨NNT : 2020COAZ4071⟩. ⟨tel-03197898⟩
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