Nouvelle contribution à la théorie des figures. : Les systèmes polytropiques multi-objets multi-couches en rotation différentielle

Abstract

Cette thèse est consacrée aux systèmes auto-gravitants en rotation différentielle. Elle apporte une contribution originale à l’étude des équilibres à symétrie axiale de type “multi-domaines” se déclinant en des configurations multi-objets et/ou multi-couches. Grâce à une approche multi-échelle, elle offre de nouveaux outils de diagnostics permettant de sonder la structure interne d’une grande diversité de systèmes astrophysiques en rotation rapide allant des étoiles au anneaux en passant par les planètes et les exoplanètes.Notre travail s’est appuyé sur la résolution numérique de l’équation de Bernoulli couplée à l’équation de Poisson pour des fluides d’équation d’état polytropique. Il a notamment nécessité le développement d’un algorithme de champ auto-cohérent (méthode SCF) spécifique implémenté dans le code DROP et dont la validité a été largement testée.S’agissant de l’aspect multi-objets, une vaste exploration de l’espace des paramètres a permis de positionner les configurations binaires de type sphéroïde-anneau dans le diagramme de référence “rotation-moment cinétique”. Nous avons ainsi mis en évidence les bifurcations connectant la séquence de Maclaurin et celle des anneaux, des solutions dégénérées ainsi qu’un ensemble de rotations limites. Concernant l’aspect multi-couches, nous avons caractérisé l’impact du profil de rotation et celui d’un champ gravitationnel externe sur la structure interne d’un système à deux couches de type “coeur-enveloppe”. Nous confirmons la diminution de la masse limite de type Schönberg-Chandrasekhar sous l’effet d’une rotation différentielle globale. Nous montrons que ce seuil se trouve en revanche réhaussé en présence d’un compagnon massif. Le couplage d’un saut de densité et d’une discontinuité de rotation aux interfaces apparaît comme critique sur la structure globale. Enfin, en dépit du faible nombre de paramètres libres, nous montrons qu’il existe des solutions auto-gravitantes qui partagent la même forme, la même masse et la même vitesse de surface mais qui possédent des structures internes différentes.Le code de calcul permet dès à présent de générer des équilibres composés de plusieurs objets et de plusieurs couches et devrait ainsi permettre d’accroître le réalisme des modèles en prédisant des observables plus pertinantes. Une application à l’anneau massif entourant le système triple de GG Tau est proposée. Une étude de la structure interne de Jupiter et de Saturne est en cours.