Thèse soutenue

Etude dynamique des exoplanètes et des disques de débris révélés par SPHERE

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Auteur / Autrice : Laetitia Rodet
Direction : Hervé BeustMickaël Bonnefoy
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astrophysique et milieux dilues
Date : Soutenance le 03/09/2019
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (2011-....)
Jury : Président / Présidente : Carine Babusiaux
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Charles Augereau, Beth Biller, Anne-Marie Lagrange, Markus Janson, Dong Lai
Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélien Crida, Matthew Kenwothy

Mots clés

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Résumé

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Plusieurs décennies après l'identification des premiers disques de débris et des exoplanètes, les mécanismes de formation et d'évolution des systèmes planétaires sont encore loin d'être élucidés. Les récents progrès de l'imagerie directe à haute résolution et haut contraste, illustrés par les instruments VLT/SPHERE et Gemini/GPI, nous permettent désormais de révéler et d'étudier en détail l'architecture externe (> 5 ua) des systèmes extrasolaires jeunes (< 200 Myr), à un âge où les interactions dynamiques sont encore fréquentes. Mon travail de thèse apporte un éclairage sur l'origine et les mécanismes d'évolution dynamique des systèmes planétaires à travers l'étude détaillée de systèmes clefs résolus par SPHERE et le développement d'outils de modélisations dédiés.La première partie de ce manuscrit aborde l'étude dynamique via les simulations N-corps. De nombreux algorithmes ont été proposés et implémentés, avec des choix de compromis différents sur leur vitesse, leur précision et leur polyvalence. Parmi ces algorithmes, SWIFT HJS permet de modéliser des architectures très différentes de notre Système Solaire sur des temps séculaires. C'est donc un outil essentiel pour étudier l'influence des planètes massives, naines brunes et compagnons stellaires souvent rencontrés en imagerie directe. Durant ma thèse, les fonctionnalités de l'algorithme ont été étendues pour pouvoir modéliser les changements de hiérarchie et les rencontres proches, des aspects de la mécanique orbitale qui ont souvent un rôle crucial dans l'histoire dynamique des systèmes planétaires. Ce code a notamment été utilisé pour étudier en profondeur l'énigmatique système HD 106906 et les différentes interactions entre ses principaux composants (binaire, planète, disque de débris). Dans la deuxième partie du manuscrit, j'introduis la problématique de l'ajustement orbital. Si l'observation d'un système à différentes époques permet théoriquement de retrouver les caractéristiques de son orbite, le problème peut se révéler complexe et dégénéré, en particulier quand le temps d'observation est insuffisant pour correctement échantillonner l'orbite. L'approche statistique la plus couramment adoptée, le MCMC, permet d'obtenir des estimations fiables dans la plupart des cas. Ces estimations sont ensuite exploitées pour étudier l'histoire et la stabilité du système et les interactions entre les orbites et leur environnement, notamment les disques. Ce rôle de l'ajustement orbital est ici illustré dans les études de plusieurs systèmes de référence, imagés par SPHERE.