Licence de Physique – Université des Sciences Montpellier II PLANÈTES ET EXOBIOLOGIE module Culture générale cours III Formation gravitationnelle Pr. Denis Puy Groupe de Recherche d’Astronomie et d’Astrophysique du Languedoc Denis.Puy@graal.univ-montp2.fr

I- Structuration de l’Univers II- Astrochimie III- Formation gravitationnelle IV- Etoiles V- Planètes VI- Exoplanètes VII- Exobiologie

  m1 m2 F = G m1 m2 / r2 LOI DE LA GRAVITATION UNIVERSELLE Attraction entre deux corps de masses m1 et m2 F = G m1 m2 / r2   m1 m2 r

Somme des forces = Sij Fij = Msystème . accélération Système à N corps Problématique: mouvement du système ? accélération ? Système à 3 corps r m1 F21 2ème loi de Newton (loi vectorielle): Somme des forces = Sij Fij = Msystème . accélération F31 r12 r13 F12 F13 m2 F32 r23 F23 m3 avec Fij = Gmi mj / r2ij et Msystème = Si mi i et j ={1,2,3} Le système n’a pas de solution…analytique (à 3 corps) ! Pour un grand nombre de corps : effondrement gravitationnel Le système se résout « numériquement » par des ordinateurs Simulations numériques

Dynamique gravitationnelle peut être compliquée (recherche active en astrophysique)

Effondrement sphérique Peu réaliste… généralement constitution d’un axe de rotation (inhomogénéité) Formation initiale sous forme de disque ou proplydes

La gravité n’a pas d’échelles préférentielles La structure de disque est commun à beaucoup d’ échelles : galactiques, stellaires ou planétaires

Galaxie Andromède

b PICTORIS disque de poussières

Disque protoplanétaire MCW 297

Télescope Infrarouge Spitzer

En 2005, Spitzer mis en évidence environ 300 protoétoiles accompagnés de disque d’accrétion (futur système solaire) dans la nébuleuse RCW49.

ATTENTION: Disques protoplanétaires = étoiles en formation ! 150 disques protoplanétaires détectés par le Hubble Space Telescope ATTENTION: Disques protoplanétaires = étoiles en formation !

SYSTÈME SOLAIRE Disque protoplanétaire  planètes dans un même plan: l’écliptique

Planète SATURNE et son système d’anneaux

Les molécules peuvent jouer un rôle dans le processus d’effondrement gravitationnel ont une grande influence sur l’évolution thermique d’un système

Les molécules peuvent s’exciter et se désexciter Structure fine couplage spin orbital / spin des électrons Transitions de rotation Structure hyperfine couplage spin noyau / spin total des électrons E qques 0,0001eV: radio mm et submm E (eV) E qques 0,000 001eV: radio centimétrique E=0,001eV: IR lointain 5 0,1 0,01 0,000 001 exemple C+  CII Transitions électroniques exemple CO exemple H  HI E qques eV: UV, Visible 2P 3/2 2S 1/2 , F=1 E(J) = BJ(J+1) E = 0,0079 eV l = 157 mm 2P 1/2 J = 4 Transitions de vibration E = 0,000 006 eV l = 21 cm E qques 0,1 eV: IR 3 2 1 F=0 E = 0,0005 eV l = 2,6 mm

THERMODYNAMIQUE ET MOLECULES « EXTERIEUR CHAUD » Le nuage moléculaire est plus froid que « l’extérieur   CHAUFFAGE MOLECULAIRE Excitation vibrationnelle « EXTERIEUR FROID » « L’extérieur » est plus froid que la matière  REFROIDISSEMENT MOLECULAIRE Excitation rotationnelle

FRAGMENTATION DU DISQUE EFFONDREMENT GRAVITATIONNEL EXTERIEUR FROID PROCESSUS HYDRODYNAMIQUE D’EFFONDREMENT FRAGMENTATION DU DISQUE SCENARIO SANS MOLECULES SCENARIO AVEC MOLECULES EFFONDREMENT GRAVITATIONNEL FORMATION DE DISQUE

Problème actuelle en Astrophysique Théorique Masse des fragments ? (hydrodynamique + chimie = l’horreur numérique) Technique du « maillage adaptatif »

Problèmes multi échelles

Situation d’effondrement gravitationnel intéressant pour l’exobiologie

La molécule d’Adénine H5C5N5 apparaît durant un effondrement gravitationnel contenant initialement H,C,N,O,D,He etc...

un important rôle en astrophysique Les molécules jouent un important rôle en astrophysique Modification de la dynamique de formation de structures gravitationnels (fragmentation) Astrochimie  Exobiologie (molécules prébiotiques)