Aurélien CRIDA directeur : A. MORBIDELLI Disques protoplanétaires contenant des planètes Simulation globale par couplage de grilles 1D et 2D Aurélien CRIDA directeur : A. MORBIDELLI

Plan de la présentation : I Contexte astrophysique : a/ Rappels sur la formation planétaire b/ Interactions planète-disque c/ Migration planétaire de type II II Simulations numériques : a/ La situation actuelle b/ La solution proposée : couplage 1D-2D c/ Résultats Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 2/14

Formation d’un système planétaire Un nuage moléculaire s'effondre … Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 3/14

Formation d’un système planétaire …il apparaît une proto-étoile entourée d'un disque dans lequel se forment des planètes … Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 3.1/14

Formation d’un système planétaire Conclusion : Planètes et disque de gaz ont interagi. … puis le gaz disparaît. Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 3.2/14

Interactions planète-disque : I) b/ Formation d'un sillage par perturbation gravitationnelle Migration de type I par échange de moment cinétique Simulations réalisées par Frédéric Masset (C.E.A) avec son code FARGO (Masset, 2000, A&A) Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 4/14

Interactions planète-disque : Formation d'un sillon La planète repousse le gaz. La viscosité et la pression tendent à étaler le gaz dans les régions vides. Si la planète est assez massive, elle ouvre un sillon ou gap ! Ref: Crida, Morbidelli, Masset, soumis à ICARUS en 2005. Encore une simulation de Frédéric Masset. Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 5/14

Migration de type II : Effet du sillon sur la migration : Changement de régime : la planète n’est plus incluse dans le gaz. C’est la Migration de type II . (Toujours Frédéric Masset.) Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 6/14

Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida Migration de type II : Coincée au milieu du sillon, la planète doit suivre le disque au cours de son évolution (accrétion sur l'étoile et étalement). Cette évolution est donc un point clef ! disque interne disque externe étoile Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 7/14

Migration planétaire : BILAN I) c/ Migration planétaire : BILAN La migration planétaire est un phénomène majeur dans la formation des systèmes planétaires. Elle explique la présence de Jupiter chauds dans les systèmes extrasolaires. L'évolution globale du disque de gaz doit être prise en compte pour des simulations réalistes. Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 8/14

Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida Simulations Numériques Julien François Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida

Simulations Numériques Simulation en 2D d'un anneau sur une grille polaire. Pour toute cellule, on définit Σ, vr, vθ. P=cs2Σ ; cs=HΩ ; H=αr. Conditions au bord : Ouvertes : onde réfléchie. Non-reflecting (FARGO): modifs sur les 2 derniers anneaux de vr et Σ (cste). Un pas de temps = - Navier-Stokes - Transport advectif - Mouvement planètes Le disque ne peut pas évoluer naturellement ! Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 10/14

Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida Idée de couplage : Grille 2D entourée d'une grille 1D aux bords ouverts, étendue du bord de l'étoile à aussi loin qu'on veut. Interface entre les grilles : Informations (<Σ>, <vr>, <vθ>) transmises via des anneaux fantômes. Ainsi les calculs dans une grille tiennent compte de ce qui se passe dans l'autre. fantômes Grille 1D Grille 2D Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 11/14

Interface entre les grilles : FLUX : Masse : ∫ Σvr rdθ = 2pr<Σ><vr>. Moment cinétique : ∫ Σrvθvr rdθ ≠ 2pr²<Σ><vθ><vr>. Celui porté par l'onde est perdu. SOLUTION : 1) Grille 2D assez grande pour onde faible au bord. 2) Transmission à la grille 1D de FH' = ∫ rΣvθ'vr' rdθ à l'étape "transport advectif du moment cinétique". ATTENTION : Se placer dans le repère inertiel centré sur le centre de gravité du système. Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 12/14

Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida Résultats : L'onde n'est pas réfléchie. La densité au bord de la grille 2D varie et le disque interne se vide ! Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida 13/14

CONCLUSION : Simulation à la fois de : l'évolution globale du disque et les interactions locales planète-disque. Hausse de temps de calcul négligeable (grille 1D). Il s'agit donc d'un nouvel outil très utile pour l'étude de la formation des systèmes planétaires et pour répondre à la question principale de ma thèse : Pourquoi notre Jupiter n'a-t-il pas migré jusqu'au Soleil ? Journée des Étudiants, 30/9/05 - A. Crida