Préparation des observations de planètes extrasolaires

by Juan Cabrera

Doctoral thesis in Astronomie et astrophysique

Under the supervision of Jean Schneider.

defended on 2008

in Observatoire de Paris (1667-....) , under the authority of École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....) , in a partnership with LUTH Laboratoire Univers et Théories (Observatoire de Paris - Section de Meudon) (laboratoire) .

Thesis committee President: Ana Gómez.

Thesis committee members: Magali Deleuil, Rudolf Dvorak, Jean-Philippe Beaulieu, Bruno Lopez, Eduardo L. Martin.

Examiners: Magali Deleuil, Rudolf Dvorak.

Alternative Title

Preparation of extrasolar planets' observations

Abstract

The first part of this thesis considers the three body problem. In a first approximation of the hierarchical restricted three body problem, it is studied the motion of a star gravitationally linked to a distant binary. This perturbation can mimic the reflex motion of a star caused by a planet, provoking a false detection by astrometric or radial velocity methods. Then, in the case of a multiple planet system, the perturbations in the time of arrival of the transit signals as well as their influence in the planetary detection are considered. Next, the photometric signal produced by a stellar spot is analyzed to recognize its differences with planetary transits : in some configurations spots can produce a similar signal. The techniques developed are applied to the study of planetary photometry. In particular, the mutual phenomena between a planet and a satellite (occultations and projections of shadows) are examined and the detailed analysis of the signal of a transit. Finally, an important part of the thesis has been devoted to the analysis of the data supplied by the mission CoRoT, committed to the search for extrasolar planets. Four times a year, the satellite furnishes ten thousand light-curves that must be filtered of instrumental noise and stellar activity prior to the search for planetary signals. Eventually, the candidates are followed photometrically and spectroscopically from ground to determine their mass. In the systems where a planet has been found, the time of arrival of the transits is studied looking for the perturbations described in the first part of the thesis.

keywords

• CoRoT [Convection Rotation et Transit]
• Exoplanètes
• Passages (astronomie)
• Analyse des données
• Photométrie astronomique
• Problème à trois corps

Abstract

On étudie le cas d'une étoile binaire qui perturbe le mouvement d'une troisième étoile éloignée mais liée gravitationnellement au système. Ces perturbations peuvent imiter le mouvement réflexe d'une étoile qui possède une planète provoquant une fausse détection planétaire. Ensuite, on considère un problème de trois corps constitué par une étoile avec deux planètes ; on étudie les perturbations produites dans ce type de systèmes et on examine leur influence dans la détection de planètes par la méthode de transits : les changements dans le temps d'arrivée du signal et dans la durée et la profondeur des transits. On étudie la possibilité que des phénomènes d'activité stellaire tels que les tâches puissent imiter la signature photométrique d'un transit. On étudie la photométrie planétaire : la lumière réfléchie par une planète et les phénomènes photométriques mutuels qui se produisent dans une système planète-compagnon : les éclipses et les ombres projetées sur les surfaces. Les méthodes mathématiques ainsi développées permettent d'étudier numériquement en détail la signature photométrique des transits. Finalement, on analyse les données fournies par la mission CoRoT. Quatre fois par an, le satellite fournit dix mille courbes de lumière qu'il faut traiter pour éliminer le bruit instrumental et la variabilité stellaire. Ensuite, il faut fouiller les courbes à la recherche des transits planétaires et les caractériser pour pouvoir réaliser des observations complémentaires depuis le sol et obtenir la masse de l'objet en transit. Dans les systèmes où il a été trouvé une planète, on étudie les possibles perturbations dans le temps d'arrivée du signal.