Caractérisation des planètes extrasolaires et de leurs atmosphères (Spectroscopie des transits et échappement atmosphérique)

Characterization of extrasolar planets and their atmospheres (Spectroscopy of transits and atmospheric escape)

• Auteur / Autrice : Vincent Bourrier
• Direction : Guillaume Hébrard, Alain Lecavelier des Étangs
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomoie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 04/09/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique de Paris (1936-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Charpinet, Anne-Marie Lagrange, Daniel Rouan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geoffrey Marcy, David Mouillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie astronomique

Rayonnement ultraviolet

Mots clés libres

Exoplanètes

Spectroscopie des transits

Ultraviolet

Échappement atmosphérique

Pression de radiation

Modèle atmosphérique 3D

Radial velocity

Transit spectroscopy

Résumé

Les Jupiters chauds sont des exoplanètes si proches de leur étoile que leur atmosphère peut perdre du gaz par échappement hydrodynamique. Les géantes gazeuses qui transitent sont un excellent moyen de comprendre ce processus, mais il faut étudier d'autres types de planètes pour déterminer son impact sur la population exoplanétaire. Cette thèse propose d'utiliser la spectroscopie du transit pour observer l'atmosphère de plusieurs planètes, étudier leurs propriétés et caractériser l'échappement hydrodynamique. Des raies de l'ultraviolet observées avec le télescope Hubble sont analysées avec le modèle numérique de la haute atmosphère que nous avons développé. Grâce à la raie Ly-? nous mettons en évidence les interactions énergétiques et dynamiques entre l'atmosphère des Jupiters chauds HD209458b et HD189733b et leurs étoiles. Nous étudions la dépendance de l'échappement à l'environnement d'une planète et à ses propriétés physiques, en observant une super-Terre et un Jupiter tiède dans le système 55Cnc. Grâce à des observations de HD209458b nous montrons que les raies du magnésium permettent de sonder la région de formation de l'échappement. Nous étudions le potentiel de la spectroscopie du transit dans le proche UV pour détecter de nouveaux cas d'échappement. Ce mécanisme est favorisé par la proximité d'une planète à son étoile, ce qui rend d'autant plus important la compréhension des processus de formation et de migration, qui peuvent être étudiés par l'alignement d'un système planétaire. Grâce à des mesures des spectrographes HARPS-N et SOPHIE nous étudions les alignements de 55Cnc e et du candidat Kepler KOI-12.01, dont nous cherchons aussi à valider la nature planétaire.

Hot Jupiters are exoplanets so close to their star that their atmosphere can lose gas because of hydrodynamic escape. Transiting gaseous giants are an excellent way to understand this mechanism, but it is necessary to study other types of planets to determine its impact on the exoplanetary population. This thesis aims at using transit spectroscopy to observe the atmosphere of several exoplanets, to study their properties and to contribute to the characterization of hydrodynamic escape. UV lines observed with the Hubble telescope are analyzed with the numerical model of upper atmospheres we developed. Using the Ly-? line we identify energetic and dynamical interactions between the atmospheres of the hot Jupiters HD209458b and HD189733b and their stars. We study the dependence of the escape on the environment of a planet and on its physical properties, through the observation of a super-Earth and a warm Jupiter in the 55 Cnc system. Using observations of HD209458b, we show that magnesium lines are a window on the region of formation of hydrodynamic escape. We study the potential of transit spectroscopy in the near-UV to detect new cases of atmospheric escape. This mechanism is fostered by the proximity of a planet to its star, which makes it even more important to understand the formation and migration processes that can be traced in the alignment of a planetary system. Using measures from the spectrographs HARPS-N and SOPHIE we study the alignments of 55 Cnc e and the Kepler candidate KOI 12.01, whose planetary nature we also seek to validate.