Détection et caractérisation d'exoplanètes par photométrie des transits, spectropolarimétrie et coronographie

Detection and characterisation of exoplanets by transit photometry, spectropolarimetry and choronagraphy

• Auteur / Autrice : François Fressin
• Direction : Jean Gay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique et méthodes associées
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exoplanètes

Polarimétrie

Coronographes

Résumé

En mesurant la vitesse radiale de l'étoile 51-Peg en 1995, Michel Mayor et Didier Queloz ont identifié pour la première fois une planète en dehors du système solaire, ou exoplanète. Depuis 12 ans, un formidable élan a amené le décompte des découvertes au-delà de 240. C'est désormais la caractérisation (rayon, densité, composition atmosphérique) qui est possible et qui motive cette thèse théorique et instrumentale. La recherche et l'étude des planètes en transit devant leur étoile revêtant une importance particulière, je présente tout d'abord dans cette thèse un simulateur de programmes de recherche de transits, destiné à la prédiction puis à l'interprétation scientifique de leurs résultats. Ce simulateur est utilisé en particulier pour prédire les événements attendus par la mission CoRoT en termes de planètes détectables et de ''faux'' transits. Les projets futurs de photométrie de planètes en transit devront permettre le suivi de planètes plus petites, ou la détection d'un très grand nombre d'objets. Une alternative à l'espace pour la photométrie des transits pourrait être dans ce cadre le site du Dôme C, en Antarctique. Je fais l'état du développement du projet A STEP, que j'ai proposé au cours de ma thèse, visant à caractériser la précision photométrique que l'on peut atteindre au Dôme C dès la nuit australe 2008. D'autres techniques de détection et de caractérisation d'exoplanètes sont complémentaires des transits. Je présente une méthode spectropolarimétrique pour détecter la lumière diffusée par l'atmosphère des exoplanètes, susceptible de caractériser leur albédo en lumière visible et leur taux de polarisation, indicatifs de leur composition atmosphérique. J'expose ensuite le concept du coronographe CIAXE : achromatique par nature, il conserve ses performances sur une large bande spectrale et pourrait être mis en place sur les projets futurs de détection d'exoplanètes. La méthode des transits nous permet progressivement de comprendre la formation et l'évolution des planètes. D'autres techniques sont nécessaires pour détecter des planètes à longue période correspondant aux critères - terriens - d''habitabilité''. Nous pourrons ainsi déterminer si le système solaire, et plus encore la Terre, sont des cas communs, rares, ou même uniques dans la Galaxie.

By measuring the radial velocity of the star 51-Peg in 1995. Michel Mayor and Didier Queloz identified for the first time a planet outside of the solar System, or exoplanet. The last 12 years have seen the discovery of over 240 exoplanets. The characterization of these planets (radius, density. Atmospheric composition) is now possible and motivates this theoretical and instrumental thesis. Because the search for planets in transit in front of their star and their study is of particular importance. I first present a Simulator of transit search missions, dedicated to the prediction and to the scientific interpretation of their results. This Simulator is in particular used to predict the yield of CoRoT mission in terms of detectable planets and ''false'' transits. Future photometric projects aimed at transiting planets will have to allow a follow-up of smaller planets. Or the detection of a very large number of planets. An alternative to space for transit photometry could then be the Dome C site, in Antarctica. I present the A STEP project. Its status and perspectives. A STEP will quantify the photometric accuracy at the Dome C site beginning in the Antarctic winter 2008. Other detection techniques are complementary to transits. I present a spetropolarimetric method to detect the light scattered by the atmosphere of exoplanets. In order to characterize their visible albedo and their polarization ratio, indicators of their atmospheric compositions. I then describe the CIAXE coronagraph : achromatic by nature, it keeps its performances on a large spectral band and could be inserted in future exoplanet detections projects. Transit method allows us to understand planetary formation and evolution, but other techniques are necessary to detect planets at longer periods that could harbour life. Considering earth-known criteria. We will then be able to determine if the Solar System, and furthermore the Earth. Are cornmon. Rare, or even unique in the Galaxy.