Toward predictive scenarios of planetary migration
Vers des scénarios prédictifs de la migration planétaire
Résumé
The recent detection of extrasolar planets has provided an exciting opportunity to test our theories of planet formation and evolution. An impressive result is the significant proportion of giant planets located much closer to their star than Mercury is from our own Sun! These planets should have formed further out in the protoplanetary disc, thus one needs to explain how they could move closer to their host star. Remarkably enough, such an explanation was proposed well before the discovery of the first exoplanet. It considered the interaction between a planet and the protoplanetary disc, which leads to a decrease of the planet's semi-major axis. This is known as planetary migration. Many studies have shown that the migration timescale of low-mass planets is much shorter than the lifetime of the disc. All planets should therefore have migrated to the vicinity of their host star! This is at least in contradiction with the locations of the planets in our Solar System. In order to elaborate predictive scenarios of planet formation and evolution, it is of primary interest to refine our understanding of disc-planet interactions. The inclusion of the disc self-gravity is an illustration of this. With analytical and numerical arguments, I show that discarding the self-gravity leads to a significant overestimate of the differential Lindblad torque for migrating low-mass planets. Another aspect explored in this thesis is the impact of the gas thermodynamics on migration. I show that the thermodynamic evolution of the disc induces an additional contribution to the corotation torque, which may dramatically slow down or even reverse the migration of low-mass planets.
La détection récente des exoplanètes a fourni un formidable laboratoire d'expérimentation des théories de formation et d'évolution planétaire. Un résultat troublant est la proportion de planètes géantes situées plus près de leur étoile que ne l'est Mercure de notre Soleil! Si, comme il est admis, ces planètes se sont formées à plus grande distance de l'étoile dans le disque protoplanétaire, il reste à expliquer comment elles ont pu s'en rapprocher. Remarquablement, une telle théorie est apparue bien avant la découverte de la première exoplanète. Elle explique que sous l'interaction avec le disque protoplanétaire, les planètes se rapprochent de leur étoile en spiralant. On parle de migration planétaire. De nombreuses études ont montré que le temps de migration des planètes de faible masse est bien plus court que le temps de dissipation du disque. Toutes les planètes devraient avoir migré jusqu'à leur étoile! Ce qui est déjà remis en cause par notre Système Solaire. Afin d'inscrire la migration planétaire dans un scénario prédictif de formation et d'évolution planétaire, il est primordial d'affiner notre compréhension de l'interaction disque-planète. La prise en compte de l'auto-gravité du disque est un exemple de progrès en ce sens. Je montre que négliger l'auto-gravité conduit à surestimer significativement le couple différentiel de Lindblad. Une autre branche explorée dans cette thèse est l'impact des processus thermiques sur la migration. Je montre que l'évolution thermodynamique du disque génère une contribution supplémentaire au couple de corotation, capable de ralentir considérablement, voire de renverser, la migration des planètes de faible masse.
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