Instabilities and local sources of turbulence in accretion discs
Instabilités et sources locales de turbulence dans les disques d'accrétion
Résumé
Angular momentum transport in accretion disks has been a highly controversial
debate for 30 years now. We present here a study of this transport, considering
some instabilities that can leads to developed turbulence in disks. The first
instability considered is the subcritical hydrodynamic instability. Our
numerical study shows that, although not directly observed in simulations, this
instability should lead to a very weak turbulent transport, and is probably not
relevant to explain disks observations. We then concider the stratorotational
instability, and we show using an analytical approach that it requires very
specific boundary conditions, which prevent this instability from appearing in
disks. Finally, we study the magnetorotational instability, including non ideal
MHD effect (resistivity and viscosity). We show numerically that these
effects, although small compared to ideal MHD terms, can have a strong impact on
the turbulence efficiency. This point emphasize the role of microphysic effects
in the saturation process, and the necessity to modelize these phenomena to get
a self-consistant accretion disk transport model.
debate for 30 years now. We present here a study of this transport, considering
some instabilities that can leads to developed turbulence in disks. The first
instability considered is the subcritical hydrodynamic instability. Our
numerical study shows that, although not directly observed in simulations, this
instability should lead to a very weak turbulent transport, and is probably not
relevant to explain disks observations. We then concider the stratorotational
instability, and we show using an analytical approach that it requires very
specific boundary conditions, which prevent this instability from appearing in
disks. Finally, we study the magnetorotational instability, including non ideal
MHD effect (resistivity and viscosity). We show numerically that these
effects, although small compared to ideal MHD terms, can have a strong impact on
the turbulence efficiency. This point emphasize the role of microphysic effects
in the saturation process, and the necessity to modelize these phenomena to get
a self-consistant accretion disk transport model.
Le problème du transport de moment cinétique dans les disques d'accrétion
astrophysiques fait l'objet d'un vif débat depuis maintenant une trentaine
d'années. On
propose ici une étude de ce transport en considérant plusieurs instabilités
pouvant conduire à de la turbulence développée dans les disques. La première
instabilité proposée est l'instabilité hydrodynamique sous critique de
cisaillement. Une étude numérique de cette instabilité nous permet de montrer
que, bien que non détectable dans les simulations, le transport obtenu sera
très probablement bien trop faible pour expliquer les observations actuelles.
Nous étudions ensuite l'instabilité strato-rotationnelle et nous montrons
par un développement analytique que les contraintes sur les conditions aux
limites empêchent la formation de cette instabilité dans un vrai disque. Enfin,
nous nous intéressons à l'instabilité magnéto-rotationnelle en présence d'effets
non idéaux (viscosité et résistivité magnétique). Nous montrons alors que ces
effets non idéaux, bien que faibles a priori, ont un fort impact sur
l'efficacité de la turbulence finalement engendrée. Ce dernier point montre le
rôle que peut avoir la microphysique dans le processus de saturation, et la
nécessité d'avoir une modélisation de ces effets afin d'obtenir un
modèle de transport cohérent dans les disques d'accrétion.
astrophysiques fait l'objet d'un vif débat depuis maintenant une trentaine
d'années. On
propose ici une étude de ce transport en considérant plusieurs instabilités
pouvant conduire à de la turbulence développée dans les disques. La première
instabilité proposée est l'instabilité hydrodynamique sous critique de
cisaillement. Une étude numérique de cette instabilité nous permet de montrer
que, bien que non détectable dans les simulations, le transport obtenu sera
très probablement bien trop faible pour expliquer les observations actuelles.
Nous étudions ensuite l'instabilité strato-rotationnelle et nous montrons
par un développement analytique que les contraintes sur les conditions aux
limites empêchent la formation de cette instabilité dans un vrai disque. Enfin,
nous nous intéressons à l'instabilité magnéto-rotationnelle en présence d'effets
non idéaux (viscosité et résistivité magnétique). Nous montrons alors que ces
effets non idéaux, bien que faibles a priori, ont un fort impact sur
l'efficacité de la turbulence finalement engendrée. Ce dernier point montre le
rôle que peut avoir la microphysique dans le processus de saturation, et la
nécessité d'avoir une modélisation de ces effets afin d'obtenir un
modèle de transport cohérent dans les disques d'accrétion.
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