Détection et caractérisation des disques circumstellaires dans l'imagerie haut-contraste à l'aide de grandes bibliothèques d'images

Detection and characterisation of circumstellar disks in high-contrast imaging using large image libraries

• Auteur / Autrice : Sophia Stašević
• Direction : Anne-Marie Lagrange, Johan Mazoyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysiquee
• Date : Soutenance le 12/12/2025
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Instrumentation et de Recherche en Astrophysique
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvestre Lacour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Marie Lagrange, Johan Mazoyer, Vanessa Bailey, Wolfgang Brandner, Zahed Wahhaj, Faustine Cantalloube, Maud Langlois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vanessa Bailey, Wolfgang Brandner
• DOI : 10.70675/98caf80ez71a8z48f8zb5c8zd5e47721f1fa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie en astronomie

Exoplanètes

Analyse des données

Disques (astrophysique)

Mots clés libres

Imagerie haut contraste

Disques circumstellaires

Analyse des données

Disques de débris

Exoplanètes

High contrast imaging

Circumstellar disks

Data analysis

Debris disks

Exoplanets

Résumé

L'étude des disques circumstellaires est essentielle à notre compréhension de la formation et de l'évolution des systèmes planétaires et de la dynamique des disques circumstellaires. Grâce à l'imagerie à haut contraste, nous pouvons observer directement les photons émis et diffusés par les grains de poussière, ce qui nous permet d'étudier leur composition et la morphologie globale du disque. Mes travaux se sont concentrés sur l'utilisation de l'imagerie différentielle par étoiles de référence (RDI) pour la réduction et l'analyse des observations issues de l'instrument SPHERE au VLT, dans le but de détecter de nouveaux disques dans les données d'archives. J'ai développé unee chaîne de réduction RDI pour le Centre de Données du Haut Contraste (HC-DC) afin d'effectuer des réductions à grande échelle sur les données SPHERE/IRDIS. Afin d'exploiter pleinement le vaste ensemble de données disponibles, j'ai étudié l'impact de différents critères de sélection d'images de référence sur les réductions de disques et j'ai développé une stratégie de sélection qui permet de constituer des bibliothèques d'images diversifiées en utilisant diverses conditions atmosphériques et paramètres stellaires comme critères de sélection. L'efficacité de cette méthode a été testée sur un petit échantillon de cibles et a démontré une amélioration du rapport signal/bruit et du contraste des disques par rapport aux bibliothèques basées sur un critère unique. L'amélioration de notre sensibilité de détection nous permet de résoudre des disques plus faibles et les structures qu'ils contiennent. Nous avons découvert une incroyable diversité dans la morphologie des disques : les interactions entre les planètes et les disques peuvent créer des structures de disques uniques qui peuvent être la seule preuve observationnelle dont nous disposons de l'existence d'un compagnon invisible. J'ai analysé l'un de ces systèmes, HD 110058, qui héberge un disque de débris déformé et vu par la tranche em lumière diffusée. Les parties internes du disque sont asymétriques et désalignées par rapport au disque externe, ce qui suggère que la déformation se propage vers l'extérieur. Cela pourrait s'expliquer par la présence d'un compagnon interne non détecté, de masse planétaire, sur une orbite inclinée par rapport au disque, analogue au système Beta Pictoris.

The study of circumstellar disks is vital to our understanding of the formation and evolution of planetary systems and disk dynamics. Through the use of high-contrast imaging, we can directly observe the photons emitted and scattered by dust grains, thereby probing their composition and the overall morphology of the disk. My work has focused on the use of reference-star differential imaging (RDI) for the reduction and analysis of VLT/SPHERE observations with the aim of detecting new disks in archival data. I have developed an RDI pipeline for the High-Contrast Data Centre (HC-DC) to perform large-scale reductions on SPHERE/IRDIS data. To fully exploit the large pool of available data, I explored the impact of different reference library selections on disk reductions and developed a reference frame selection strategy that builds diverse libraries using various atmospheric conditions and stellar parameters as selection criteria. The effectiveness of this method was tested on a small sample of targets and demonstrated improved disk signal-to-noise and contrast compared to single-metric libraries. Improving our detection sensitivity enables us to resolve fainter disks and the structures within them. We have discovered an incredible diversity in disk morphology: planet-disk interactions can create unique disk structures that may be the only observational evidence we have of an unseen companion's existence. I carried out an analysis of one such system, HD 110058, which hosts a warped, edge-on debris disk seen in scattered-light. The inner parts of the disk are asymmetric and misaligned with the outer disk, suggesting that the warp is propagating outwards. This could be explained by the presence of an undetected, inner, planetary-mass companion on an inclined orbit from the disk, analogous to the Beta Pictoris system.