Étude des brumes dans les atmosphères exoplanétaires

Study of hazes in exoplanetary atmospheres

• Auteur / Autrice : Anthony Arfaux
• Direction : Panayotis Lavvas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Soutenance le 12/12/2023
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Spectrométrie Moléculaire et Atmosphérique (GSMA) - UMR CNRS 7331 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Vuitton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Panayotis Lavvas, Pierre Drossart, Benjamin Charnay, Tommi Koskinen, Bruno Bézard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Drossart
• DOI : 10.70675/66c96780zbfb2z45d9z9884z88d05bfddc54

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télescope spatial James-Webb

Observations

Télescope spatial Hubble

Transfert radiatif

Composition chimique

Nuages -- Physique

Chimie de l'atmosphère

Atmosphère

Jupiters chauds

Analyse

Exoplanètes

Planétologie

Astronomie

Mots clés libres

Brumes

Planétologie

Photochimie

Atmosphère

Exoplanètes

Nuages

Hazes

Clouds

Photochemistry

Exoplanets

Atmosphere

Planetology

Résumé

De nos jours, l’étude des exoplanètes est devenue un sujet majeur grâce à leur grande diversité de propriétés physiques, procurant un immense laboratoire pour l’exploration des phénomènes atmosphériques. Parmi eux, les brumes et nuages jouent un rôle crucial dans la compréhension de la structure de l’atmosphère via leur interaction avec l’environnement et leur impact sur les observations. Ce travail a pour objectif d’étudier la microphysique des particules de brume et de nuage, leurs interactions et comment ils affectent l’atmosphère et les spectres de transit. Dans ce but, nous utilisons un modèle 1D auto-consistant prenant en compte la microphysique des brumes et nuages, le transfert radiatif/convectif et le déséquilibre chimique, procurant ainsi une vue complète de la composition de l’atmosphère et de sa structure thermique. Nous explorons les conditions de brumes de l’atmosphère de dix Jupiter-chauds en se basant sur des observations du télescope Hubble et trouvons une corrélation entre les conditions de brumes et la température d’équilibre de la planète. Nous développons une paramétrisation pour le transport des particules et espèces chimiques et finalement, nous étudions l’interaction entre les brumes et les nuages, démontrant que les particules de brumes peuvent participer à la formation de nuages dans l’atmosphère de WASP-39 b en utilisant des observations du télescope James Webb.

Nowadays, study of exoplanets has become a prime subject owing to their vast diversity in properties providing a fantastic lab to explore atmospheric phenomena. Among them, haze and clouds are expected to play a crucial role in understanding the atmospheric structure via their interaction with the surrounding environment and their impact on the observations. This work aims to study the microphysics of haze and cloud particles, their interactions and how they affect the atmosphere and the transit spectra. In this purpose, we use a 1D self-consistent model accounting for the haze and cloud microphysics, radiative/convective transfer and disequilibrium chemistry, thus providing a complete picture of the atmospheric haze, cloud, chemical composition and thermal structure. We explore the haziness conditions of ten hot-Jupiter exoplanet atmospheres based on HST observations and find a trend of haziness conditions with the planet equilibrium temperature. We develop a parametrization for the transport of particles and chemical species and finally study the interaction between haze and clouds, demonstrating that haze particles can participate to the cloud formation in WASP-39 b utilizing JWST observations.