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Do magnetic fields modify tidal dissipation in the convective envelope of low-mass stars along their evolution?

Authors :
Astoul, Aurélie
Mathis, Stéphane
Baruteau, Clément
Strugarek, Antoine
Bolmont, Emeline
Gallet, Florian
Augustson, Kyle
Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112))
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
SSE 2014
Laboratoire d'astrodynamique, d'astrophysique et d'aéronomie de bordeaux (L3AB)
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU)
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB)
Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112))
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU)
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB)
Source :
European Planetary Science Congress, European Planetary Science Congress, Sep 2018, Berlin, Germany
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

International audience; The dissipation of the kinetic energy of large-scale and wave-like tidal flows within the convective envelope of low-mass stars is one of the key physical mechanisms that shape the orbital and rotational dynamics of short-period exoplanetary systems. In the case of stable binary systems, they lead to the orbit circularisation and to the spins synchronisation and alignment; in the case of unstable systems they drive the spiraling of the planet towards the central star. In addition, stellar convective envelopes are (differentially) rotating, turbulent, and magnetized regions where an active dynamo action is sustained (e.g. Brun & Browning 2017 and references therein). Therefore, as demonstrated by first theoretical works and numerical simulations, tidal flows and waves excitation, propagation, and dissipation can be impacted by stellar magnetic fields (e.g. Wei 2017, Lin & Ogilvie 2018, Wei 2018). For instance, the so-called dynamical tide is constituted of magneto-inertial waves (their restoring forces being the Lorentz force and the Coriolis acceleration) instead of inertial waves in the non-magnetized case. In the meanwhile, the amplitude and the geometry of dynamo-generated magnetic fields vary along the evolution of low-mass stars (e.g. Vidotto et al. 2014, Brun & Browning 2017 and references therein). In this framework, the key question that should be answered is "for which stellar masses, rotation and evolution phases, do we need to take into account the action of magnetic fields on tidal waves excitation, propagation, and dissipation?". In this work, we identify the terms in MHD equations that should be computed to evaluate the impact of magnetic fields on tidal dissipation in the convective envelope of active rotating low-mass stars hosting planets. Using scaling laws that provide the amplitude of dynamo-generated magnetic fields along the structural and rotational evolution of these stars (e.g. Augustson, Mathis & Brun 2016) combined with detailed grids of rotating stellar models (e.g. Amard et al. 2016), we demonstrate that a full MHD treatment of tidal waves excitation, propagation, and dissipation is required for all low-mass stars (from M to F-type stars) all along their evolution. Consequences for the dynamical evolution of short-period exoplanetary systems are finally discussed.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
European Planetary Science Congress, European Planetary Science Congress, Sep 2018, Berlin, Germany
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..78e192d6b2ce05cc3502f240c54c85bd