Etude tridimensionnelle des tourbillons dans les disques d'accrétion : des microquasars à la formation planétaire

Three dimensional study of accretion discs vortices : from compact objects to planet formation

• Auteur / Autrice : Héloïse Meheut
• Direction : Fabien Casse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tourbillons (mécanique des fluides)

Simulation par ordinateur

Planètes -- Origines

Rossby, Ondes de

Accrétion (astrophysique)

Physique des hautes énergies

Résumé

La physique des disques d'accrétion concerne plusieurs domaines de l'astrophysique, de la formation des planètes à l'astrophysique des hautes énergies. La présence de tourbillons anticycloniques pourrait expliquer de nombreux phénomènes : certaines oscillations quasi-périodiques des binaires X (contenant un objet compact : trou noir, étoile à neutrons ou naine blanche), mais aussi la croissance des planétésimaux dans les disques protoplanétaires. Cette thèse présente la première étude tridimensionnelle de tels tourbillons, dus à l'instabilité par ondes de Rossby. La simulation numérique permet de mettre en évidence la structure pleinement tridimensionnelle, inattendue, de ces tourbillons. On propose ensuite une étude analytique de l'origine des structures tourbillonnâmes observées dans les simulations. Par la suite on cherche à comprendre l'impact de ces structures sur les mécanismes de formation des planètes. En effet la présence de tourbillons peut permettre la concentration des grains solides et ainsi accélérer le processus de croissance des planétésimaux. Finalement, une nouvelle explication au problème de l'origine des oscillations quasi-périodiques kiloHert des binaires à étoiles à neutrons est aussi proposée. Celle-ci s'appuyant non seulement sur la magnétohydrodynamique mais aussi sur les effets de pression de radiation.

The physics of accretion discs concerns various astrophysical domains from planet formation to high-energy astrophysics. Existence of anticylonic vortices may explain numerous phenomena such as quasi-periodic oscillations observed in X-rays binaries (with a compact object: black hole, neutron stars or white dwarfs) but also the growth of planetes mals in protoplanetary discs. This thesis present the first three dimensional study of such vortices due to the Rossby wave instability. The numerical simulations allows to demonstrate the unexpected fully three dimensional structure of the vortices. We then propose an analytical study of these vertical structures observed in the simulations. We then try to understand the consequences of these structures on the planet formation mechanisms. These vortices may allow the concentration of solid grains that ends in the growth of planetesimals. Finally we also propose a new explanation for the origin of kiloHertz quasi-periodic oscillations of neutron star binaries. This is based both on magnetohydrodynamics and radiation pressure.