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Theses Year : 2008

Introduction to retrograde orbital resonances in multiplanetary systems

Introduction aux Résonances Orbitales Rétrogrades dans les Systèmes Multi-Planétaires

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Abstract

Since the first detection of an exoplanet in 1995 (around a solar-type star), about 300 extrasolar planets and 25 multi-planetary systems have been observed until now. Most of these multi-planetary systems are characterized by hot-Jupiters close to their central star and moving on eccentric orbits. These particularities may lead to strong gravitational interactions between the planets. As a consequence, compact multi-planetary systems form a specific class of the general N-body problem. To explore the multi-dimensional parameter space of multi-planetary systems, specific numerical methods of global analysis were required in order to remedy the problem of great number of degrees of freedom of such systems. A dynamical checkup of several detected planetary system is then firstly proposed in this thesis.

Extrasolar planets are up to now a priori found in direct orbital motions about their host star. However, in this thesis, a theoretical alternative suitable for the stability of compact two-planet systems is investigated. Using a numerical method of global dynamics analysis, we explore theoretical systems in Mean Motion Resonance (MMR) harboring it counter-revolving planets (which means that one planet moves on a retrograde orbit). Besides, I have expand the Hamiltonian of the 3-body problem for the particular case of retrograde MMR. Consequently, the retrograde resonance is analysed from both a numerical and an analytical point of view. Furthermore, in order to study the observational feasibility of retrograde MMR, observational fits are performed for different detected systems. Finally, the formation of systems harboring counter-revolving planets is discussed.
Depuis la détection de la première exoplanète en 1995 (autour d'une étoile de type solaire), près de 300 planètes extrasolaires et 25 systèmes multi-planétaires ont été observés à ce jour. La plupart de ces systèmes multi-planétaires se caractérisent par des planètes de type Jupiter, proches de leur étoile centrale et dont l'orbite est souvent très excentrique. Ces particularités peuvent conduire à de fortes interactions gravitationnelles entre les planètes. En conséquence, d'un point de vue dynamique, ces systèmes multi-planétaires compacts constituent une classe spécifique du problème général des N-corps. Des méthodes numériques spécifiques ont alors été développées afin d'explorer l'espace des paramètres à plusieurs dimensions de ces systèmes. Dans cette thèse, un bilan dynamique de plusieurs systèmes planétaires détectés est établi dans un premier temps, en utilisant deux méthodes d'analyse globale.

Les planètes extrasolaires sont jusqu'à présent supposées être en révolution prograde autour de leur étoile mère. Cependant, cette thèse introduit une autre possibilité théorique conduisant à la stabilité de certains systèmes compacts. Nous explorons selon une approche numérique, des systèmes théoriques en résonance de moyen mouvement (MMR) comportant deux planètes en contre-révolution (ce qui signifie qu'une des deux planètes a un mouvement rétrograde par rapport à l'autre). En outre, je développe l'Hamiltonien du problème des 3-corps dans ce cas particulier de MMR rétrogrades. La problématique des résonances orbitales rétrogrades est donc analysée d'un point de vue à la fois numérique et analytique. Par ailleurs, afin d'étudier la consistance entre mécanismes théoriques impliquant des MMR rétrogrades et observations, des ajustements aux observations sont effectués pour une variété de systèmes observés. Outre les possibilités théoriques et observationnelles des résonances rétrogrades, une discussion portant sur la formation de systèmes contenant des planètes en contre-révolution est proposée.
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Dates and versions

tel-00404255 , version 1 (15-07-2009)

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  • HAL Id : tel-00404255 , version 1

Cite

Julie Gayon-Markt. Introduction aux Résonances Orbitales Rétrogrades dans les Systèmes Multi-Planétaires. Astrophysique [astro-ph]. Université Nice Sophia Antipolis, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00404255⟩
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