Thèse Simulations Numériques de Structures Magnétiques d'Accrétion-Éjection Hybrides dans les Binaires X H/F - 38

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble
Direction de la thèse : Jonathan FERREIRA ORCID 0000000278347341
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59

Les disques d'accrétion sont des structures très répandues en astrophysique. On les trouve autour des étoiles en formation (disques protoplanétaires), des systèmes binaires en interaction tels que les variables cataclysmiques (où la primaire est une naine blanche) et les binaires X (où la primaire est soit une étoile à neutrons soit un trou noir stellaire), ou encore autour du trou noir supermassif situé au centre des galaxies actives et des quasars. Outre des signatures d'accrétion de plasma sur l'objet central, tous ces systèmes montrent également des signatures de jets (écoulements bipolaires rapides et très étroits) ou de vents (écoulements lents et massifs, non collimatés) et parfois même les deux, émis perpendiculairement au plan du disque (Ray & Ferreira 2021, Petrucci et al 2021).

Il est désormais acquis d'un point de vue théorique qu'un champ magnétique vertical à grande échelle traversant un disque ionisé permettrait de générer à la fois les jets et les vents, ainsi que leur corrélation avec l'accrétion (Ferreira 1997, Zimniak et al 2024, 2026). Les modèles théoriques montrent qu'il serait responsable non seulement de la perte de masse du disque, mais aussi des cycles d'accrétion-éjection dans les binaires X, mettant en jeu une structuration hybride du disque. La partie interne, très fortement magnétisée et produisant des jets (appelée JED, Ferreira 1997), laisserait place au-dela d'un rayon de transition à un disque faiblement magnétisé produisant des vents (appelé WED, Jacquemin-Ide et al 2019) puis un disque standard (appelé SAD) non éjectant (Ferreira et al 2006, Marcel et al. 2022).

L'objectif de la thèse sera de réaliser des simulations magnetohydrodynamiques (MHD) axisymétriques de disques hybrides JED-WED à l'aide des codes MHD (PLUTO, https://plutocode.ph.unito.it/ et/ou IDEFIX https://github.com/idefix-code ). L'étude portera sur les conditions nécessaires à la réalisation stationnaire de tels disques hybrides, en jouant notamment sur les profils de turbulence MHD. Une attention particulière sera portée à l'étude de la dynamique de la zone de transition entre le JED et le WED et à celle de l'interaction entre le jet rapide interne et le vent lent externe.

Une fois que les conditions d'obtention d'une configuration hybride stationnaire auront été trouvées, de nombreuses applications pourront alors être explorées dans le contexte des systèmes binaires X. Parmi celles-ci, nous explorerons l'impact de l'évolution du rayon de transition JED-WED sur la dynamique des jets. En effet, ce rayon est amené à varier au cours d'un sursaut d'activité (Marcel et al 2022), avec des conséquences non explorées sur les propriétés de collimation des jets. Un autre aspect, potentiellement à très fort impact, sera l'étude du couplage entre la dynamique d'accrétion-éjection et l'épaisseur du disque, elle-même dépendante de l'équilibre thermique du disque (Marcel et al 2018). Inaccessible avec des simulations 3D, cette exploration pourra etre aisément conduite avec des simulations 2D.

Enfin, une contrepartie analytique et semi-analytique sera également être envisagée. Il s'agira en effet d'obtenir des solutions auto-similaires de disques à faible magnétisation «épaissis» (puffy en Anglais, voir Jacquemin-Ide et al 2021). De telles solutions n'existent pas encore et sont pourtant requises pour expliquer les vents émis par les WED dans de nombreux objets astrophysiques. L'obtention de ces nouvelles solutions va nécessiter de s'appuyer sur les prescriptions turbulentes utilisées pour les simulations numériques 2D stationnaires.

Cf descriptif plus haut.

Réalisation de configurations numériques 2D de disques d'accrétion hybrides stationnaires. Compréhension des profils verticaux phénoménologiques de turbulence qui sont nécéssaires pour y arriver. Comparaison à des solutions 3D. Calcul de nouvelles solutions auto-similaires de disques 'puffy' à faible magnétisation.

Utilisation des codes MHD PLUTO et IDEFIX.