Simulation MHD au GRICAD © SPIDI/G. Pantolmos-B. Tessore-Cl. Zanni
Simulation MHD au GRICAD © SPIDI/G. Pantolmos-B. Tessore-Cl. Zanni
Sciences et technologies
Article
La problématique de l’origine des planètes extra-solaires est au centre de nombreuses études. Alors que des milliers d’exoplanètes ont été aujourd’hui repérées autour d’étoiles d’âge respectable - cibles des relevés menés jusqu’ici - on compte sur les doigts d’une main celles détectées autour d’étoiles en cours de formation. Plus l’on se rapproche du moment de la naissance des planètes, plus on a de chances de saisir “sur le vif“ les processus qui conduisent à leur formation. C’est là l’objectif principal du projet ERC Advanced Grant SPIDI (Star-Planets-Inner Disk Interactions), porté par Jérôme Bouvier (IPAG [1]/OSUG).
Le projet SPIDI a fait l’objet d’un article dans le magazine Espace & astrophysique, février 2020 : Projet SPIDI la naissance des exoplanètes

Simulation et observation

Les planètes naissantes sont d’autant plus difficiles à repérer qu’elles sont encore enfouies dans leur cocon de gaz et de poussière en rotation autour de l’étoile, ce que l’on appelle le disque circumstellaire. Alors que celui-ci est relativement stable en l’absence de perturbation, la présence d’une ou plusieurs planètes en cours de formation modifie sa structure. Ce sont ces signatures indirectes que le projet SPIDI vise à mettre en évidence.

Pour cela, il est nécessaire de développer des modèles numériques décrivant le système complet afin d’être en mesure de prédire les indices de perturbations planétaires attendues. Parallèlement, il s’agit de mettre en œuvre les moyens d’observation les plus puissants pour repérer ces signatures. La clef de ces modélisations réside dans la description des flux gravitationnels et magnétiques entre étoile, disque interne, planètes.

Des équations complexes, qui gouvernent les courants de matière et d’énergie, sont développées et mises en œuvre. Leur résolution est confiée au code MHD PLUTO déployé vers le super-calculateur DAHU de l’Université Grenoble-Alpes.

Disque protoplanétaire © NASA/JPL/Caltech/IPAC/R. Hurt
Disque protoplanétaire © NASA/JPL/Caltech/IPAC/R. Hurt

Sonder la lumière

Seconde étape, le développement d’un outil permettant de modéliser la lumière émise par une étoile et son environnement complexe est une composante essentielle de la recherche. Il s’agit là d’établir et de valider le lien entre les modèles numériques et les observations. À ce stade, l’équation de transport du rayonnement décrit comment le champ de radiation émergeant d’un point du système se modifie en interagissant avec son environnement, puis se propage.

Les signatures associées apparaissent sous forme de raies d’absorption ou d’émission dans le spectre de la lumière, autant de diagnostics qu’il est possible de déchiffrer pour révéler les processus physiques sous-jacents. C’est par l’analyse de leur variation temporelle observée au télescope que l’on peut remonter jusqu’aux propriétés du système, espérant y détecter les interactions subtiles entre étoile, disque et planètes enfouies.

Nouveaux horizons

Toutes les simulations numériques réalisées dans le cadre du projet SPIDI représentent la résolution d’équations impliquant des milliards d’opérations. In fine, la confrontation entre modèles numériques et résultats d’observation permettra de valider les processus physiques à l’œuvre au moment de la naissance des systèmes planétaires.
La découverte de planètes en cours de formation autour d’autres soleils viendra éclairer la jeunesse de ces exo-mondes. Et par ricochet, celle de notre propre vaisseau cosmique.
 
Notes
[1] CNRS, UGA
Publié le 9 avril 2020
Mis à jour le 9 avril 2020

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