Caractérisation des exoplanètes sans atmosphère de type terrestre à partir de leur spectro-photométrie infrarouge orbitale

• Auteur / Autrice : Anne-Sophie Maurin
• Direction : Franck Selsis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique, plasmas, nucléaire
• Date : Soutenance le 02/10/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Claire Moutou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marco Delbò, Olivier Groussin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Lellouch, Eric Chassefière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge

Spectroscopie astronomique

Photométrie astronomique

Lumière -- Diffusion

Simulation par ordinateur

Diffusivité thermique

Exoplanètes

Mots clés libres

Exoplanète

Photométrie

Infrarouge

Spectroscopie

Diffusion

Exoplanet

Photometry

Infrared

Spectroscopy

Heat diffusion

Résumé

Dans cette thèse a été développé un modèle numérique simulant la lumière réfléchie et l'émission thermique d'exoplanètes telluriques ne possédant pas d'atmosphère, au cours de leur orbite. Ce modèle est constituée de plusieurs éléments. Le code calcule tout d'abord le flux stellaire incident en tout point de la planète et en fonction du temps en prenant en compte le mouvement orbital et la rotation de la planète. Si nécessaire, le modèle peut calculer la dissipation associée aux forces de marées et le flux de chaleur interne associé. Ces flux radiatif et interne servent de conditions aux limites à un modèle qui traite la diffusion de la chaleur dans la subsurface et calcule la température de surface. Enfin, le code calcule le flux, et sa variation avec la phase orbitale, reçu par un observateur distant dans une ou plusieurs bandes spectrales. Ce flux peut inclure les sources de bruits associés à la méthode d'observation de façon à produire une observable réaliste.Une première étude a été consacrée aux planètes en orbite circulaire et en rotation synchrone, c'est à dire recevant un flux d'illumination constant avec le temps. Cette étude a montré qu'il était possible de contraindre, à partir d'observations bruitées simulées effectuées avec les télescopes de la prochaine génération (JWST, EChO) leur albédo de Bond, leur rayon, et l'inclinaison de l'orbite par rapport à l'observateur. Associée à des mesures de vitesse radiale, cette technique pourra permettre de déterminer masse et rayon d'exoplanètes ne transitant pas.Une seconde étude traite de l'influence de la rotation et de la force maréale pour des planètes recevant un flux d'illumination non constant (excentriques et/ou en rotation). Il est montré qu'il est possible de détecter par photométrie orbitale la signature de ces deux effets dans la courbe de lumière et ainsi de mieux contraindre les modèles de marées existants. De multiples possibilités d'applications de ce modèle numérique sont en cours, et se prolongent au-delà de cette thèse.

We have developed a numerical model that computes the reflected light and thermal emission of an airless rocky exoplanets during its orbit. This code first computes the stellar incident flux over the planetary surface as a function of time for any Keplerian orbit and rotation. The code can compute the tidal dissipation and the associated internal heat flux. Those illumination and internal flux are the boundary conditions for a heat diffusion model, which calculates time-dependent surface and subsurface temperatures. Eventually, the model computes the flux received by a distant observer, in one or several spectral bands. A realistic observation can be simulated adding the various sources of noise noise associated with the observation method.A first study was dedicated to synchronous planets on a circular orbit that receive a constant illumination flux. This study showed that it is possible to constrain their Bond albedo, radius and inclination from observations done with the JWST or EChO. Associated with radial velocity measurements, mass and radius of nontransiting planets can be inferred. In another work on planets receiving a non constant illumination flux (eccentric orbits or non synchronous planets) we study the signature of rotation period the tidal dissipation in the orbital photometry. We show that rotation period can be inferred providing a novel method to test tidal models. Many possibles applications of this model are already in progress and continue to be developed beyond this thesis.