Vers une exploration complète de la population des planètes géantes dans les systèmes planétaires extra solaires

Towards a full exploration of the giant planet population in extrasolar planetary systems

• Auteur / Autrice : Antoine Grandjean
• Direction : Anne-Marie Lagrange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique et milieux dilues
• Date : Soutenance le 14/12/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (Isère, France ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Forveille
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raffaele Gratton, Pierre Kervella, Beth Biller, Brendan Bowler, Isabelle Boisse, Nadège Meunier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raffaele Gratton, Pierre Kervella
• DOI : 10.70675/07caa88czfe40z4bf5zaa6bzd68f83c7ea8d

Mots clés

Mots clés contrôlés

Planètes externes

Méthodes de simulation

Exoplanètes

Évolution

Astrométrie

Mots clés libres

Évolution des systèmes planétaires

Formation des systèmes planétaires

Imagerie haut contraste

Vitesses radiales

Evolution of planetary systems

Radial veocity

Astrometry

High contrast imaging

Résumé

Les plus de 4000 exoplanètes connues à ce jour, ont permis d'apporter des contraintes sur les modèles théoriques de formation, de migration et d'évolution dynamique de ces dernières.Cependant, ces contraintes sont particulièrement limitées aux jeunes âges, par manque d'objets connus.Une étude des exoplanètes juste après leur formation et pour toutes les séparations est nécessaire pour poser des contraintes sur ces modèles. Les planètes géantes sont importantes dans cette étude, car celles-ci dominent dynamiquement leurs systèmes et dominent donc la formation de ces derniers.Le but de ma thèse a été de préparer cette étude exhaustive des planètes géantes juste après leur formation et pour toutes les séparations.Pour cela j'ai combiné trois techniques complémentaires dans les séparations et les paramètres des planètes qu'elles contraignent : la méthode des vitesses radiales, la méthode d'imagerie directe et la méthode d'astrométrie absolue. J'ai ainsi caractérisé la population des planètes jeunes de l'échelle individuelle à l'échelle statistique.J'ai d'abord effectué une analyse statistique de 177 étoiles jeunes, à partir de trois surveys en vitesses radiales menés avec l'instrument HARPS du 3.6m de l'observatoire de La Silla au Chili et l'instrument SOPHIE du 1.93m de l'observatoire de Haute-Provence en France.J'en ai déduit le taux d'occurrence des planètes géantes jeunes pour les périodes inférieures à 1000 jours.Ensuite, j'ai effectué l'analyse dynamique de plusieurs systèmes en combinant vitesses radiales, imagerie directe et astrométrie d'Hipparcos et Gaia. Pour effectuer ces analyses, j'ai élaboré un code d'analyse bayésienne, basé sur un MCMC, combinant les données de ces trois techniques. Ces analyses m'ont permis de contraindre la masse dynamique des compagnons de certains de ces systèmes, permettant ainsi de tester les modèles d'évolutions utilisés en imagerie directe.Enfin, j'ai participé à l'amélioration de l'outil MESS II, qui estime des limites de détection combinant vitesses radiales et imagerie directe, afin qu'il prenne en compte les données d'Hipparcos et Gaia. Cela permettra d'obtenir de meilleures limites de détection aux séparations intermédiaires (2-5 au).

The study of the more than 4000 exoplanets known to date allowed to start constraining theoretical models on their formation, migration and dynamical evolution. However, theses models are yet poorly constrained at young ages, because only few young planets were studied to date.A complete study of exoplanets just after their formation must be done for all separations, in order to give constraint on these models.Giant planets are important in this study, because they dynamically dominate their systems and therefore dominate their architecture.The goal of my PhD thesis was to prepare this exhaustive study of the giant planets after their formation for all the separations, by coupling three techniques that are complementary in the separations and in the planets' parameters they probe: the radial velocity method, the direct imaging method and the absolute astrometry method. During my PhD, I have studied the population of young giant planets from individual to statistical scale.First, I carried out a statistical analysis of 177 young stars from three radial velocity surveys with the HARPS instrument of the 3.6m at La Silla Observatory in Chile and with the SOPHIE instrument of the 1.93m at the Observatory of Haute-Provence in France.I computed the occurrence rate of young giant planets for periods lower than 1000 days.Then, I studied several individual systems coupling radial velocity, direct imaging and Hipparcos and Gaia absolute astrometry.To perform these analyzes, I developed a Bayesian analysis code, based on an MCMC, combining the data from these three techniques. These analyzes permit to constrain the dynamic mass of the companions of some of these systems and therefore to test the evolutionary models that are used in direct imaging.Finally, I participated in the improvement of the MESS II tool, which estimates the detection limits, combining radial velocity and direct imaging, so that it takes into account data from Hipparcos and Gaia. This will allow to obtain better detection limits at intermediate separations (2-5 au).