Les secrets tourbillonnants des disques protoplanétaires

En comprenant mieux la nature de ces gaz, ils espèrent en savoir plus sur la façon dont les particules interagissent les unes avec les autres, pour finalement former des planètes. La difficulté est de concevoir les bons modèles de la structure de ces disques, décrivant comment la densité et la température évoluent en fonction de la distance à l'étoile.

Il faut aussi formuler des hypothèses sur l'intensité du champ magnétique et sur la structure de l'ionisation du disque. Pour déterminer où la turbulence sera la plus forte, il est important de déterminer où la température est trop basse pour arracher les électrons aux atomes et aux molécules.

Le projet HALLDISCS (Hall dominated turbulence in protoplanetary discs), financé par l'UE, rencontrait un problème technique concernant les simulations magnétohydrodynamiques (MHD). En effet, les algorithmes disponibles étaient incapables d'intégrer la nature de l'effet Hall.

Dans les plasmas constitués de molécules neutres, d'ions et d'électrons, la différence de vitesse entre les espèces chargées positivement et négativement engendre l'effet Hall. En outre, les collisions entre les électrons et les particules neutres provoquent une dissipation ohmique, alors que les collisions entre ions et particules neutres produisent une diffusion ambipolaire.

L'équipe de HALLDISCS a réalisé des simulations 3D intégrant les trois effets de la MHD résistive, afin d'étudier le rôle de l'effet Hall sur la dynamique des disques gazeux. L'effet Hall a ranimé des zones «mortes» en générant un champ magnétique accompagné de contraintes considérables dans le plan médian du disque.

Le flux de plasma dans le plan médian était en général de nature laminaire, ce qui suggère un taux élevé d'agrégation des poussières. Ces résultats remettent en question les actuels modèles d'accrétion par couche, et démontrent que l'effet HALL doit être pris en compte pour obtenir des résultats qualitativement corrects.

En comparant les observations aux prévisions théoriques, les scientifiques de HALLDISCS espèrent, dans les prochaines années, mieux comprendre le fonctionnement d'un disque d'accrétion.