Physics of Substellar Objects: Interiors, Atmospheres, Evolution
Physique des Objets Substellaires: Intérieurs, Atmosphères, Evolution
Résumé
All stars visible to the naked eye owe their momentary brightness to nuclear reactions occurring in their interior. While this certainly makes them jewels of the night skies, it will eventually lead them to a tragic end, in which they will explode to become either degenerate white dwarfs, neutron stars or black holes. Another, more numerous but barely visible population has chosen to lead a dull but quiet and almost eternal life: these are careful not to ever become dependent on hydrogen to shine. Some, in their youth, do burn less energetic substances as deuterium and lithium, but they rapidly get short of supply. As a consequence, they steadily cool and contract, retaining intact most of the elements that made them. These brown dwarfs and giant planets form an entirely new class of astronomical objects. They fill a gap between stars and the planets of our Solar System. Their study informs us on our origins, the formation of stars and planets. It can also help us to understand or test theories from high pressure physics, to atmospheric dynamics, tides, condensation and cloud formation...etc. The course focuses on some physical aspects related to the theoretical study of these substellar objects: I detail their hydrostatic evolution and how it is modeled, what we can learn from Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune, how the atmospheres of brown dwarfs and giant planets are key to their appearance and cooling, what we can learn from the recent observations of brown dwarfs and extrasolar planets, and how this affects our view of planet formation.
Toutes les étoiles visibles à l'œil nu doivent leur brillance momentanée aux réactions nucléaires qui ont lieu dans leur intérieur. Ceci en fait des joyaux dans notre ciel nocturne, mais les amènera à une fin tragique, dans laquelle elles exploseront pour devenir soit des naines blanches dégénérées, des étoiles à neutrons ou des trous noirs. Une autre population, plus nombreuse, mais à peine visible, a choisi de vivre une vie morne mais tranquille et quasiment éternelle: ses individus font attention à ne pas devenir dépendant de l'hydrogène pour briller. Certains, dans leur jeunesse, consument des substances moins énergétiques telles que le deutérium et le lithium, mais épuisent rapidement leur stock. En conséquence, ils se refroidissent et se contractent progressivement, gardant intacts la plupart des éléments qui les ont formés. Ces naines brunes et planètes géantes forment une nouvelle classe d'objets astronomiques. Ils comblent un fossé entre les étoiles et les planètes de notre Système Solaire. Leur étude nous informe sur nos origines, sur la formation des étoiles et des planètes. Elle nous aide aussi à comprendre et/ou tester des théories allant de la physique à haute pression, à la dynamique atmosphérique, en passant par les effets de marées, la chimie, la formation de nuages...etc. Ce cours est focalisé sur quelques aspects physiques liés à l'étude théorique de ces objets substellaires: Je détaille leur évolution hydrostatique et sa modélisation, ce que nous savons de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, de leur structure interne, comment les nuages façonnent leur apparence et contrôlent leur refroidissement, ce que nous pouvons apprendre des observations des naines brunes et exoplanètes, et les conséquences des découvertes récentes sur notre vision de la formation planétaire.
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