Mandy Bethkenhagen obtient une bourse européenne Marie Sklodowska-Curie

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Mandy Bethkenhagen

Mandy Bethkenhagen

Explorer les interfaces des planètes géantes de glace à l’aide de simulations multi-échelles de la dynamique moléculaire

Lauréate : Mandy Bethkenhagen
Superviseur : Razvan Caracas
Laboratoire : LGL-TPE
Durée : 24 mois

On attribue aux planètes géantes de glace Uranus et Neptune un rôle crucial dans le processus de formation de notre système solaire. Elles sont le prototype de centaines d’exoplanètes, appelées mini-Neptunes, qui sont découvertes à une fréquence de plus en plus rapide grâce à des missions de chasse aux planètes telles que Kepler, TESS et PLATO.

La modélisation de la structure intérieure, de la magnéto-dynamique et de l’évolution thermique d’Uranus et de Neptune s’est avérée très difficile si l’on se fie uniquement aux données de vol de Voyager 2 des années 1980 et aux observations au sol. La clé pour améliorer ces modèles est d’étudier les interfaces et les limites thermiques résultant des propriétés du matériau en profondeur.

Aussi, nous procédons à des simulations de dynamique moléculaire à différentes échelles afin de déterminer des contraintes de modélisation supplémentaires, difficiles à obtenir, voire inaccessibles, sur le plan expérimental.

Nous commençons avec des simulations ab initio précises pour calculer des nouvelles équations d’état afin de contraindre le rapport et les interactions roche/glace dans l’intérieur de ces planètes. Mais ces simulations sont limitées a des ensembles portant a des centaines d’atomes. Pour passer à une échelle plus représentative, sur la base de ces simulations, nous construisons des modelés simplifiés mais précis - des potentiels interatomiques - qui reproduisent correctement les interactions entre les atomes. Ces potentiels nous permettent d’étudier des ensembles à plusieurs millions d’atomes en utilisant la dynamique moléculaire classique.

Pour la première fois, nous serons en mesure d’explorer les interfaces entre le manteau intérieur glacé et le noyau rocheux d’une planète géante au niveau atomique. Les propriétés thermiques et de transport qui en résultent seront utilisées comme facteurs essentiels pour de nouveaux modèles de structure intérieure et de dynamo-magnétique pour les planètes géantes de glace, en particulier celles de notre système solaire. Les résultats de ce projet amélioreront les perspectives de carrière de Mandy Bethkenhagen, elles contribueront de manière significative à l’excellence scientifique européenne et renforceront, en particulier, les arguments scientifiques en faveur des futures missions Uranus et Neptune de l’ESA et de la NASA.


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