Identification des limites de la caractérisation d'exoplanètes par spectro-imagerie à haute résolution

Identifying the limits to exoplanets characterization with high-resolution spectro-imaging

• Auteur / Autrice : Steven Martos
• Direction : David Mouillet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astrophysique et Milieux Dilués
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble

Mots clés

Mots clés libres

Astrophysique

Exoplanètes

Traitement du signal

Spectro-imagerie

Instrumentation

Haut-contraste

Astrophysics

Exoplanets

Signal processing

Spectro-imaging

Instrumentation

High-contrast

Résumé

La spectroscopie d'exoplanètes permet de mieux comprendre la formation planétaire, d'étudier la diversité des mondes, et contribuera à terme à estimer leur habitabilité, voire la présence de vie. Couplées aux méthodes d'imagerie à haute résolution angulaire, les observations spectroscopiques permettent d'ores et déjà d'étudier des planètes géantes récemment formées, et permettront peut-être dans un futur proche de faire de même pour des planètes plus petites et plus âgées. Cette thèse vise à comprendre l'origine des limites rencontrées dans la caractérisation d'exoplanètes observées en spectro-imagerie, et ce à travers 3 approches complémentaires entre elles. La première repose sur des outils informatiques déjà existants, à la fois semi-analytique et numérique, développés dans le but de prédire ces limites dans une variété de contextes instrumentaux et observationnels. La deuxième s'appuie sur un banc d'optique adaptative et coronographie reproduisant en laboratoire les cubes de données de l'IFS ELT/HARMONI dont le sous-système d'imagerie à haut-contraste est développé à l'IPAG. La dernière utilise les données obtenues avec des instruments déjà existants, tels que VLT/ERIS, JWST/MIRI & NIRSPEC, et le spectromètre NIR VIPA. Ces 3 approches permettront de (1) améliorer les outils de post-traitement de données et les modèles de limites de détection en les confrontant à des données sur ciel, tout en contribuant à l'analyse de ces dernières, (2) améliorer notre connaissance des limites atteignables avec l'instrument HARMONI pour finir de guider sa mise au point, et anticiper son exploitation, et (3) étudier les compromis intervenant dans la conception de futurs instruments dédiés à l'étude de planètes rocheuses.

Exoplanet spectroscopy already enables a better understanding of planetary formation, and the studying of planets' diversity, and it will help assessing their habitability, and possibly the presence of life. Coupled with high angular imaging techniques, spectroscopic observations of recently formed giant planets have already been performed, and observations of smaller and older planets may happen in the near future. The objective of this PhD is to understand the limitations to exoplanets characterization with high-resolution spectro-imaging through 3 complementary approaches. The first one uses already developed semi-analytical and numerical tools to predict these limitations in a variety of observational cases. The second one uses an adaptive optics and coronagraphic experiment to replicate in the laboratory data cubes representative of the ones that will be obtained with ELT/HARMONI, whose high-contrast imaging subsystem is developed at IPAG. The last one uses data obtained with current instruments such as VLT/ERIS, JWST/MIRI & NIRSPEC, and the NIR VIPA spectrometer. Combined together these approaches will allow (1) to improve the post-processing tools and the detection limit models by confronting them to on-sky data while contributing to their analysis, (2) to improve our knowledge of the capabilities of HARMONI to help in the last steps of its design, and anticipate on its exploitation, and (3) to study the trade-offs in the design of future instruments dedicated to the study of rocky planets.