De meilleurs modèles pour de meilleures données – PLANET-FORMING-DISKS

Les disques protoplanétaires sont des magiciens. Ils transforment la poussière en or: les planètes!
Mais nous ne savons pas comment. Les planètes géantes doivent se former quand les disques sont
jeunes et encore riches en gaz. Mais les détails nous échappent encore. La vie des disques est brève
(<10Myr). Dans le modèle "core-accretion", les poussières doivent rapidement grossir en se concentrant
dans le plan médian du disque. Elles peuvent en principe ainsi grossir par collision et agglomération.
Cependant, les vitesses des particules sont telles que les collisions sont destructives quand les particules
font 1mm-1cm. De surcroit, les vitesses élevées font que les particules restent peu de temps dans le
disque. Le problème est donc double. Ces obstacles sont sévères, mais d'une maniére ou d'une
autre la formation planétaire est très efficace car les planètes extrasolaires sont statistiquement très
nombreuses: plus d'une attendue pour chaque étoile. De toute évidence, notre compréhension de la
formation planétaire reste incomplète et souffre gravement d'un manque de contraintes observationnelles
directes. La découverte, toute récente, de vortex dans les disques permettant peut-être aux poussières de
rester plus longtemps dans les disques, et donc peut-être de croître plus ainsi que les nouvelles observations
de HL Tau qui nous indiquent clairement que les poussières millimétriques se trouvent dans un disque très
mince offrent des pistes intéressantes pour aller plus loin.

Ce projet regroupera des observateurs et des théoriciens pour analyser les nouvelles données et décider
si les structures observées sont réellement causées par des planètes. Nous utiliserons ces résultats pour
améliorer, et "calibrer" les modèles d'évolution des disques. La nouvelle génération d'instruments
(SPHERE au VLT, et ALMA) qui sondent les disques avec une résolution maintenant suffisante, typiquement
quelques ua, devraient rapidement nous apporter de nombreux nouveaux exemples. Notre projet est donc très opportun.

Pour atteindre nos objectifs nous suivrons trois pistes distinctes. Le Work Package 1 (WP1) étudiera la
cinématique des poussières (vertical settling, radial drift) ainsi que les "pièges à poussière" (dust trap) en
combinant plusieurs codes numériques (transfert de rayonnement, (magneto-) hydrodynamique, chimie). Nous
maîtrisons bien tous ces outils. Le WP2 tentera d'identifier les preuves les plus directes de la présence des
planètes, en particulier nous chercherons à savoir si les anneaux, les "gaps" et les spirales observés sont bien
reliés aux planètes, et si oui comment. Le nombre de disques où ces structures sont observées est en rapide
augmentation. WP2 est donc lui aussi très opportun. Dans WP3 nous utiliserons les résultats des deux
précédents pour explorer la capacité à former des planètes dans les disques plus évolués (vieux) ou plus légers.

Pour les calculs magnéto-hydrodynamiques nous utiliserons les codes PLUTO et AMRVAC. Nous avons
développé un module pour PLUTO qui permet de traiter les plasmas faiblement ionisés, adapté aux disques
protoplanétaires. Les calculs bi-fluides (gaz+poussière) SPH seront effectués avec le code de Lyon et le code
PHANTOM. Les deux sont déjá interfacés avec notre code de transfert de rayonnement MCFOST, de même
que les codes de Chimie ProDiMo et AstroChem et le code MHD AMRVAC.

En France, l'expertise pour l'étude des disques est excellente, mais elle est dispersée. La compétition
internationale est féroce et pour y faire face nous avons mis en place un consortium d'experts qui se connaissent
bien et avec des expertises complémentaires. Nous avons deux besoins pressants: 1/ obtenir le financement pour
nous rencontrer regulièrement, travailler ensemble, et faire connaitre nos travaux, et 2/ obtenir du personnel pour
augmenter notre force de frappe, produire nos résultats plus rapidement, et ainsi mieux faire face à la féroce
compétition internationale.