Qu'est-ce qu'un modèle en physique? Exemple : formation et évolution des planètes
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- Julien Daniel Dupont
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1 Qu'est-ce qu'un modèle en physique? Exemple : formation et évolution des planètes
2 Plan Avant 1995 : notre système solaire Observations Modèles planètes telluriques Modèles géantes gazeuses Après 1995 : exoplanètes Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 2
3 Plan Avant 1995 : notre système solaire Observations Modèles planètes telurriques Modèles géantes gazeuses Après 1995 : exoplanètes Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 3
4 Observations : notre système 4
5 Observations : notre système Pallé et al 2009 Atmosphère Terre 5
6 Observations : notre système Burrows&Orton
7 Modèles de formation avant 1995 Objectif : Expliquer formation de NOS planètes avec leurs propriétés mesurées. Modèles : Planètes telluriques Géantes gazeuses 7
8 Plan Avant 1995 : notre système solaire Observations Modèles planètes telluriques Modèles géantes gazeuses Après 1995 : exoplanètes Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 8
9 Planètes telluriques Accrétion de roches 9
10 Étape 1 : disque protoplanétaire Conservation moment cinétique Disque : gaz + poussières (μm) 10
11 Modèle standard du disque Températures de condensation Terquem
12 Modèle standard du disque Températures de condensation Terquem
13 Modèle standard du disque Températures de condensation Terquem
14 Modèle standard du disque Températures de condensation gaz gaz gaz Terquem
15 Étape 2 : sédimentation Le gaz entraîne les poussières (μm) Poussières Gaz Grains plus petits, plus affectés grandes vitesses relatives 15
16 Étape 3 : agglométation Collisions entre petits grains qq μm Δt~105 ans cm au m 16
17 Étape 3 : agglométation Collisions entre petits grains qq μm Modèle à améliorer 5 Δt~10 ans propriétés grains? turbulence?... cm au m 17
18 Étape 4 : planétésimaux Les poussières (cm/m) entraînent le gaz Agglomération continue planétésimaux de ~1km Δt~103 ans 18
19 Étape 4 : planétésimaux Les poussières (cm/m) entraînent le gaz Agglomération continue planétésimaux de ~1km Δt~103 ans Modèle à améliorer mécanisme exact inconnu! instabilités du disque? propriétés grains?... 19
20 Étape 5 : protoplanètes Interactions gravitationnelles locales + collisions Δt~105 ans pour 0,01M à 1UA Un gros mange les autres sur son orbite runaway accretion 20
21 Étape 5 : protoplanètes Interactions gravitationnelles locales + collisions Δt~105 ans pour 0,01M à 1UA Un gros mange les autres sur son orbite runaway accretion 21
22 Étape 5 : protoplanètes Interactions gravitationnelles locales + collisions Δt~105 ans pour 0,01M à 1UA Un gros mange les autres sur son orbite runaway accretion 22
23 Étape 6 : planètes terrestres Interactions gravitationnelles lointaines + collisions Δt~108 ans Modèles OK pour planètes telluriques Pb pour cœur des géantes gazeuses car plus assez de gaz! 23
24 Plan Avant 1995 : notre système solaire Observations Modèles planètes telluriques Modèles géantes gazeuses Après 1995 : exoplanètes Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 24
25 Géantes gazeuses gaz cœur solide Capture de l'atmosphère gazeuse 25
26 Adaptation du modèle Énergie gravitationnelle planétésimaux vs équilibre atmosphère 5. Gaz et cœur solide ensemble masse critique 6. Accrétion atmosphère emballée } Δt~106 ans 26
27 Adaptation du modèle Modèle à améliorer écart gravitationnelle Énergie avec masse du planétésimaux cœur de Jupiter... vs équilibre atmosphère 5. Gaz et cœur solide ensemble masse critique 6. Accrétion atmosphère emballée } Δt~106 ans 27
28 Un nouveau modèle Effondrement gravitationnel + fragmentation du disque 28
29 Un nouveau modèle Modèle à améliorer besoin disque trop massif pb métallicité des planètes Effondrement gravitationnel + fragmentation du disque... 29
30 Résumé avant 1995 Telluriques accrétion Géantes accrétion modifiée ou instabilité gravitationnelle 30
31 Plan Avant 1995 : notre système solaire Observations Modèles planètes telluriques Modèles géantes gazeuses Après 1995 : exoplanètes Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 31
32 Avant 1995 Jupiter Terre Mercure Terquem
33 En 1995 : Jupiter chaud Jupiter 51 Peg b Terre Mercure Terquem
34 En 1995 : Jupiter chaud Jupiter 51 Peg b Terre Mercure Exception? Terquem
35 Depuis 1995 : >400 exoplanètes G2 Jupiter Terre Limite roches Limite glaces 35
36 Depuis 1995 : >400 exoplanètes G2 MJ M Limite roches Limite glaces 36
37 Depuis 1995 : >400 exoplanètes G2 Jupiter MJ M Solides Limite roches Limite glaces 37
38 Depuis 1995 : >400 exoplanètes G2 Jupiter chauds Jupiter MJ Super-Terre M Telluriques chaudes Solides Limite roches Limite glaces 38
39 Depuis 1995 : >400 exoplanètes G2 Jupiter chauds? Jupiter MJ Super-Terre M Telluriques chaudes Solides Limite roches Limite glaces 39
40 Plan Avant 1995 : notre système solaire Observations Modèles planètes telluriques Modèles géantes gazeuses Après 1995 : exoplanètes Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 40
41 Disque protoplanétaire confirmé Marois et al , 38, 68 UA 10, 10, 7 MJ 41
42 Adapter les modèles 1. Formation par accrétion pas complètement erroné 2. Changer orbite... plusieurs modèles dont : a. Si + de 2 géantes : interaction/éjection b. Interaction planète et planétésimaux internes c. Interaction planète-disque migration 42
43 Adapter les modèles 1. Formation par accrétion pas complètement erroné 2. Changer orbite... plusieurs modèles dont : a. Si + de 2 géantes : interaction/éjection b. Interaction planète et planétésimaux internes c. Interaction planète-disque migration 43
44 Migration type I : M < 10 M Perturbations linéaires Ondes de densité Disque non modifié Échange moment cinétique Arrêt migration qd plus linéaire Pierens 44
45 Migration type I : M < 10 M Perturbations linéaires Ondes de densité non modifié Modèle àdisque améliorer Si turbulence? Échange moment cinétique Si champ magnétique? Si viscosité plus grande? Si profil température différent? Arrêt migration qd plus linéaire... Pierens 45
46 Migration type II : M > MJ Perturbations non linéaires Sillon si : 1. dissipation > propagation 2. disque pas trop turbulent Disque modifié Échange moment cinétique Armitage
47 Migration type II : M > MJ Perturbations non linéaires Sillon si : 1. dissipation > propagation 2. disque pas trop turbulent Modèle à améliorer Arrêt migration? Disque modifié... Échange moment cinétique Armitage
48 Migration type III : 10 M < M < MJ Entre type I et type II Perturbations non linéaires Pas de sillon Échange moment cinétique Armitage
49 Comment contraindre les modèles? Nouvelles observations et nouvelles techniques 49
50 Comment contraindre les modèles? Nouvelles observations et nouvelles techniques Cas 3 Cas 2 Cas 1? Armitage 2005 Armitage 2005 Armitage
51 Conclusions 1. Observations Notre système solaire 2. Modèles Formation telluriques et géantes 3. Observations : remise en question Exoplanètes (Jupiter et telluriques chauds, super-terre, etc.) 4. Adaptation/nouveaux modèles Migration 5. = 3., etc. 51
52 Qu'est-ce? 52
53 Modèle 1 : une montagne modélisation Qu'est-ce? 53
54 Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne modélisation Qu'est-ce? 54
55 mise à Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne Nouvelle observation l'épreuve modélisation Qu'est-ce? 55
56 mise à Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne Nouvelle observation l'épreuve Il n'y a rien! modélisation Qu'est-ce? 56
57 mise à Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne Nouvelle observation l'épreuve adaptation modélisation Qu'est-ce? Modèle 2 : l'ombre de la montagne sur laquelle se trouve le photographe 57
58 mise à Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne Nouvelle observation l'épreuve adaptation modélisation Qu'est-ce? Modèle 2 : l'ombre de la montagne sur laquelle se trouve le photographe... prévisions 58
59 Merci Lavoisier
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