Stripping, dynamical excitation and structuring of debris disks undergoing gravitational interactions from neighbouring planets of stars

Abstract

A debris disk around a main sequence star is made of planetesimals, which are the remnant of the planet formation process according to the core-accretion theory. In the Solar system, the main asteroid belt and the Kuiper belt are examples of debris disks. Around other stars, debris disks are observable if they are massive enough for collisions between planetesimals to produce continuously enough dust to be detected, by their thermal emission in the far infrared, or by scattered light in the visible spectrum. In this work, we have studied the stripping, the dynamical excitation and the structuring of debris disksundergoing the gravitational interaction with a planet inside a system, a stellar companion in a binary system, and a passing star in the dense environment of an open cluster during the first 100 millions years after the birth of the star. We have addressed these problems by the numerical simulation of the dynamics of a disk of planetesimals in these various conditions. We have finally carried out a study to determine the characteristics of the debris disk population around stars of different types, with the standard collisional evolution model, our results about dynamical excitation of disks and the data of the Spitzer surveys. We show that the lack of debris disks detected around low mass M type stars can be explained by planetesimals 10 times smaller than around solar type or more massive stars.Un disque de débris autour d'une étoile de la séquence principale est composé de planétésimaux, reste de la formation des planètes selon la théorie core-accretion. Dans le Système solaire, il s'agit de la ceinture d'astéroïdes et de la ceinture de Kuiper. Autour des autres étoiles, les disques de débris sont observables s'ils sont assez massifs pour que les collisions entre planétésimaux produisent continûment assez de poussière détectable en émission thermique dans l'infrarouge lointain ou en lumière diffusée dans le visible. Dans cette thèse, nous étudions la purge (stripping), l'excitation dynamique, et la structuration d'un disque soumis à une interaction gravitationnelle avec une planète à l'intérieur du système, un compagnon stellaire dans un système binaire, et une étoile de passage dans l'environnement dense d'un amas ouvert pendant 100 millions d'années après la naissance de l'étoile. Nous avons abordé ces problèmes par la simulation de la dynamique d'un disque de planétésimaux dans ces différentes conditions. Enfin, nous avons mené une étude pour déterminer les caractéristiques de la population de disques de débris autour des étoiles de différents types stellaires à l'aide du modèle d'évolution collisionnelle standard, de nos résultats sur l'excitation dynamique des disques et des données des relevés Spitzer. Ainsi, nous montrons que la quasi-absence des disques de débris observée autour des étoiles de faibles masses de type stellaire M peut être expliquée par des planétésimaux au moins 10 fois plus petits en taille que ceux autour des étoiles de type solaire ou plus massives.PARIS-Observatoire (751142302) / SudocSudocFranceF