Étude de concepts coronographiques pour la détection directe d'exoplanètes

Study of conceptual coronographic designs for direct imaging exoplanets

• Auteur / Autrice : Fatmé Allouche
• Direction : Farrokh Vakili, Andreas Glindemann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation pour l'astrophysique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exoplanètes

Interférométrie

Coronographes

Photométrie astronomique

Spectroscopie à haute résolution

Résumé

Pour la détection directe et la caractérisation des exoplanètes, il faut œuvrer vers des instruments permettant la haute résolution angulaire et la haute dynamique photométrique. Pour l’amélioration de la résolution j’ai étudié la méthode de recombinaison IRAN ou Interferometric Remapped Array Nulling dans le cadre des interféromètres imageurs, qui permettent ainsi l’exploitation de ce large réseau de télescopes en mode imagerie directe à haute résolution angulaire. Je rappelle le principe de la densification et d’IRAN avant de présenter les résultats expérimentaux. En termes de haute dynamique j’étudie deux concepts coronographiques basés sur le principe du CIA de J. Gay. Le premier principe est aujourd’hui publié sous le nom d’APIC : Absolute Position Interfero Coronograph. Il permet d’enlever l’ambigüité du CIA sur la position de la source hors taxe et avec un jeu d’orientation de lentille le IWA est amélioré et l’énergie résiduelle d’une étoile dans le plan image est réduite. Je présente le principe de ce concept ainsi que les résultats expérimentaux. L’autre concept coronographique est le CIAXE pour CIA dans l’aXE. C’est l’équipe conceptrice même du CIA qui a pensé à modifier le montage optique de ce dernier afin de faciliter son insertion au foyer des télescopes. Je rappelle son principe de fonctionnement en m’appuyant sur l’optique matricielle et je présente les résultats d’une expérience de laboratoire visant à l’identification des points critiques d’un tel montage afin de pouvoir tirer des conclusions pour une version opérationnelle au foyer d’un télescope.

With the advent of imaging aperture-synthesis spectro-interferometers the search of exoplanetary systems appears within reach of direct detection both from ground and space as soon as the array are co-phased. The IRAN recombination falls within the principle of Densification. It provides a PSF with a sharp central peak, surrounded by a clean field where direct imaging is possible. I set a laboratory test bench aiming at validating its concept. The basics of IRAN are recalled in this manuscript followed by the SPIE paper highlighting the experimental results. In order to improve further the dynamic range of the PSFs,e two conceptual coronagraphic studies, both based on the AIC, Achromatic Interferential Coronagraph of J. Gay. The first concept, also proposed by J. Gay is called CIAXE. It is a reconfiguration of the AIC into a compact and fully axial coronagraph. The motivation behind this reconfiguration is to facilitate the insertion of the coronagraph at the focus of telescopes. In this manuscript I Recall the basics of the CIAXE and present the experimental results. J describe, in the context of matrix optics, the derivation of the different surface radii, as well as the method conceived and used to determine the thickness difference between the lenses. The second concept, APIC, Absolute Position Interfero-Coronagraph, was conceived for the remocal of the AIC ambiguity. APIC is also a versatile coronagraph in terms of IWA and stellar leakage. The optic behind these characteristics are cylindrical lens doublets. A detailed study of the concept is presented here in the formalism of Fourier optics along with the experimental results of the test bench.