Effet du chauffage et de la production de particules énergétiques par reconnexion magnétique dans les disques d'accrétion et les jets des étoiles jeunes

par Valentin Brunn

Projet de thèse en Physique et Astronomie

Sous la direction de Alexandre Marcowith et de Christophe Sauty.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec LUPM - Laboratoire Univers et Particules Montpellier (laboratoire) depuis le 01-10-2020 .


  • Résumé

    Les étoiles jeunes (YSO) comme les étoiles T Tauri, sont des structures complexes où l'objet central massif accrete de la matière environnante par le biais d'un disque d'accrétion. Le disque d'accrétion crée des écoulements qui, dans une grande proportion d'objets, se collimatent en un jet à grande vitesse entouré d'un vent plus lent. L'origine exacte de ces flots reste inconnue. Le système d'accrétion-éjection semble profondément lié à la présence de champs magnétiques. Le champ magnétique joue un rôle essentiel dans l'accélération du plasma (par entraînement magnéto-centrifuge), dans la collimation du jet et dans l'extraction du moment angulaire de l'étoile et du disque pour permettre l'accrétion. Un ingrédient inconnu du processus de lancement du jet est la source de chauffage nécessaire pour obtenir les taux de perte de masse importants observés dans la plupart des YSO. La première étape de la thèse consistera à améliorer un modèle simple de production particules énergétiques (ou rayons cosmiques) et de chauffage par reconnexion magnétique dans plusieurs configurations magnétiques différentes, notamment en étendant le modèle en 3D. Dans une deuxième étape, l'étudiant devra intégrer ce nouveau modèle de chauffage dans des simulations magnétohydrodynamiques de vent de disque (MHD) utilisant des solutions semi-analytiques comme conditions initiales. L'étudiant utilisera un code MHD déjà existant, le code PLUTO. L'objectif final sera d'évaluer l'importance de la production in-situ de rayons cosmiques et du chauffage par reconnexion magnétique dans la dynamique globale des jets/vents issus de ces objets. En plus, il/elle sera en mesure d'étudier comment les particules énergétiques, qui sont des particules supra-thermiques, peuvent se propager dans un tel milieu et comment elles affectent la fraction d'ionisation du plasma. Comme les rayons cosmiques sont des particules chargées, le rôle du champ magnétique est crucial pour contrôler leur propagation. Une fois le modèle de vent de disque terminé, l'étudiant pourra prévoir d'incorporer ces simulations dans des simulations à plus grandes échelles de jets à plusieurs composants, en prenant en compte y compris la contribution de l'étoile centrale et de la magnétosphère. L'étudiant devrait avoir des connaissances en physique des plasmas et/ou en magnétohydrodynamique. Une certaine expérience des simulations numériques de la dynamique des fluides sera appréciée. La thèse se déroulera au laboratoire Univers et particules de Montpellier et sera co-encadrée par A.Marcowith et C. Sauty.

  • Titre traduit

    On the role of heating by reconnection and cosmic ray production in accretion disks and their winds


  • Résumé

    Young Stellar Objects (YSO), like T Tauri Stars, are complex structures where the massive central object is gravitationally accreting material. The accretion disk creates outflows, which in a large proportion of objects collimate into a fast speed jet surrounded by a slower wind. The exact origin of these flows remains unknown. Yet, the accretion-ejection system seems deeply related to the presence of magnetic fields. The magnetic field plays an essential role in accelerating the plasma (through magneto-centrifugal driving), collimating the flow into a jet and extracting angular momentum from the star and the disk to allow the accretion to proceed. One unknown ingredient is the source of heating necessary to obtain the large mass loss rates observed in most of YSOs. The first step of the PhD thesis consists in improving a simple model of energetic particles (or cosmic rays) and heating production through magnetic reconnection in several different magnetic configurations, extending the model to 3D. In a second step the student will have to incorporate this new model of heating in disk wind magnetohydrodynamic (MHD) simulations using semi-analytical solutions as initial conditions. The student will use an already existing MHD code, the PLUTO code. The final goal is to evaluate how the in-situ production of cosmic rays and heating via magnetic reconnection are of importance in the overall dynamics of the outflows. As a by product, he/she will be able to study how energetic particles, which are supra-thermal particles, can propagate in such a medium and how this affects the ionization fraction of the plasma. As cosmic rays are charged particles the role of the magnetic field is crucial to constrain their propagation. Once the model for disk wind is complete, the student may foresee to incorporate such simulations in a larger plan of multicomponent jets including the contribution of the central star and the magnetosphere. The student is expected to have some knowledge in plasma physics and/or magnetohydrodynamics. Some experience in numerical simulations of fluid dynamics shall be appreciated. The PhD will take place at LUPM (laboratoire Univers et Particules de Montpellier) in the team EMA “expériences et modélisation en astroparticules” under the co-supervision of A. Marcowith et C. Sauty.