Thèse soutenue

Jets et vents émis et accélérés magnétiquement par les disques d'accrétion turbulents
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Jonatan Jacquemin Ide
Direction : Jonathan FerreiraGeoffroy Lesur
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astrophysique et milieux dilues
Date : Soutenance le 30/09/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble
Jury : Président / Présidente : Gilles Henri
Examinateurs / Examinatrices : Zhaohuan Zhu, Claudio Zanni, François Ménard
Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Casse, Gordon Ogilvie

Mots clés

FR  |  
EN

Résumé

FR  |  
EN

Les disques d'accrétion sont observés à différentes échelles spatiales et à différentes longueurs d'onde au voisinage d'une grande variété d'objets astrophysiques : étoiles en formation, binaires comprenant un objet compact ou une naine blanche, trous noirs supermassifs,... Ces disques ont un impact considérable sur les propriétés radiatives de l'objet. Par ailleurs, plusieurs observations suggèrent la présence d'écoulements, jets ou vents, émanant du disque. Ces écoulements sont extrêmement répandus et semblent être intrinsèquement liés aux disques d'accrétion. De plus, il est maintenant possible de mesurer une corrélation entre les propriétés de l'écoulement et de l'accrétion, illustrant l'interdépendance de ces deux phénomènes.Les disques autour d'objets compacts (binaires X ou novae naines), en particulier, sont extrêmement variables : la luminosité du système peut augmenter de plusieurs ordres de grandeur lors de "sursauts". Ces sursauts sont extrêmement utiles pour contraindre l'évolution séculaire du disque d'accrétion, et peuvent permettre de mesurer sur le long terme l'impact de l'accrétion sur le système.L'accrétion résulte d'un transport de moment cinétique dans le disque. Lorsque la matière accrétante perd du moment cinétique, elle perd son inertie centrifuge et tombe vers l'objet central. Le transport radial de moment cinétique peut avoir lieu par l'intermédiaire d'un couple turbulent, ou peut être dû à un écoulement emportant au loin le moment cinétique du système. Historiquement, ces deux processus ont été étudiés séparément. Des modèles 2D effectifs ont été utilisés afin d'étudier le couple laminaire dû à la présence de l'écoulement , tandis que des simulations 3D locales, avec cisaillement, ont permis de modéliser le couple turbulent. Cependant, ces deux processus résultent de la présence d'un champ magnétique vertical ordonné, à grande échelle. Les simulations locales 3D capturent parfaitement la turbulence, mais sont incapables de modéliser précisément la dynamique de l'écoulement. A l'inverse, les modèles 2D effectifs capturent cette dynamique, mais ne peuvent résoudre la turbulence (qui est intrinsèquement tridimensionnelle). De plus, l'amélioration des performances des supercalculateurs permet maintenant d'étudier à la fois les couples laminaire et turbulent dans une même simulation globale 3D. De telles simulations montrent des différences importantes par rapport aux modèles 2D effectifs, indiquant que la physique de ces disques reste mal comprise. De plus, ces simulations ont montré qu'il était possible de produire des écoulements à faible champ magnétique, ce qui entre en contradiction avec les prédictions des modèles auto-similaires. Malgré tout, les simulations 3D globales sont numériquement coûteuses, rendant leur comparaison avec les modèles 2D difficile. Ceux-ci restent un outil utile pour l'interprétation des observations, à condition qu'ils soient éduqués par des simulations 3D.Dans cette thèse, nous cherchons à combler le fossé entre modèles 2D effectifs et simulations globales 3D. Nous étudions des modèles auto-similaires, qui sont un cas particulier de modèle effectif 2D. Tout d'abord, nous découvrons de nouvelles solutions auto-similaires faiblement magnétisées. Nous analysons leurs propriétés, et les comparons avec les simulations de disques faiblement magnétisés les plus récentes. Ensuite, nous réalisons des simulations globales de disques d'accrétion avec écoulements. Nous analysons en particulier leur structure verticale, et expliquons les raisons derrière la différence avec les modèles effectifs 2D. Nous étudions également l'évolution séculaire du système, et détaillons la dépendance de cette évolution avec l'intensité du champ magnétique. Enfin, à partir de la compréhension acquise de ces simulations 3D, nous construisons un nouveau modèle de turbulence, qui conduira à la mise en place de modèles effectifs 2D plus précis.