Observation interférométrique et modélisation des poussières exo-cométaires

Interferometric observations and modeling of exo-cometary dust

• Auteur / Autrice : Philippe Priolet
• Direction : Jean-Charles Augereau
• 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

Exo-planetologie

Transfert radiatif

Interférométrie

Poussières

Dynamique

Exo-planetology

Radiative transfer

Interferometry

Dust

Dynamics

Résumé

La présence d'exo-comètes autour des étoiles proches se dévoile progressivement. Elles se manifestent par exemple en déposant des poussières de taille sub-micronique près de leur étoile, produisant une faible émission infrarouge, de l'ordre de ~1% du flux de l'étoile, et révélée par les observations interférométriques (ex : Absil…Augereau et al. 2006, 2021 ; Kirchschlager et al. 2020). Ces poussières sont dites exozodiacales, par analogie avec la poussière zodiacale dans le système solaire dont l'origine est majoritairement cométaire (ex : Nesvorný et al. 2010). La brève durée de vie des poussières exozodiacales implique un repeuplement exo-cométaire régulier. Cela pourrait plonger d'éventuelles exoplanètes sous une pluie de comètes, avec un possible impact sur leur habitabilité. Par ailleurs, des quantités trop importantes de poussières exozodiacales pourraient affecter l'obtention d'images de planètes habitables dans le futur, justifiant l'intérêt des agences spatiales pour le sujet (ex. Study Analysis Group 23, NASA Exoplanet Program, https://exoplanets.nasa.gov/exep/exopag/sag/). La thèse proposée comportera deux grands volets. Elle abordera d'une part l'analyse d'observations interférométriques de poussières exo-zodiacales, et d'autre part un travail de modélisation afin de discuter leur origine exo-cométaire. Du point de vue observationnel, la thèse s'appuiera sur un contexte riche aves des données obtenues au moyen des trois instruments du plus grand interféromètre optique (ESO/VLTI au Chili), en particulier dans le cadre du consortium européen MATISSE, puis du nouvel instrument VLTI/NOTT (précédemment appelé Hi-5, sur le ciel en 2025). L'analyse des résultats observationnels s'appuiera quant à elle sur le développement d'un code de transfert radiatif propre aux milieux optiquement fins, permettant d'extraire la nature des poussières, leur distribution spatiale et discuter leur taux de repeuplement. L'origine exo-cométaire sera finalement examinée en exploitant un outil numérique opérationnel, simulant la dynamique des poussières exo-zodiacales et développé dans le cadre de deux précédentes thèses à l'IPAG (E. Sezestre, A. Péronne). L'ensemble de ces travaux sera favorable au développement de collaborations internationales en Europe et aux USA, stimulantes pour le doctorant.

The presence of exo-comets around nearby stars is gradually being revealed. They manifest themselves, for example, by depositing sub-micron sized dust grains near their host star, producing a weak infrared excess emission, of the order of ~1% of the star's flux, and revealed by interferometric observations (e.g.: Absil...Augereau et al. 2006, 2021; Kirchschlager et al. 2020). These dust particles are called exozodiacal, by analogy with the zodiacal dust in the solar system, whose origin is mostly cometary (e.g. Nesvorný et al. 2010). The short lifetime of exozodiacal dust implies regular exo-cometary replenishment. This could supply possible exoplanets with exocometary material, having a potential impact on their habitability. Furthermore, excessive amounts of exozodiacal dust could affect the imaging of habitable planets in the future, justifying the interest of space agencies in this subject (e.g. Study Analysis Group 23, NASA Exoplanet Program, https://exoplanets.nasa.gov/exep/exopag/sag/). The proposed thesis will have two main components. On the one hand, the hired PhD student will analyse interferometric observations of exo-zodiacal dust, and on the other hand, he will carry out modelling work in order to discuss their exocometary origin. From an observational point of view, the thesis will be based on a rich background of data obtained with the three instruments of the largest optical interferometer (ESO/VLTI in Chile), in particular in the framework of the European consortium MATISSE, and then with the new VLTI/NOTT instrument (previously called Hi-5, on sky in 2025). The analysis of the observational results will be based on the development of a radiative transfer code specific to optically thin media, making it possible to extract the nature of the dust, its spatial distribution and discuss its replenishment rate. The exocometary origin will finally be examined by using an operational numerical tool, simulating the dynamics of exo-zodiacal dust and developed in the framework of two previous PhD theses at IPAG (E. Sezestre, A. Péronne). All this work will be conducive to the development of international collaborations in Europe and in the USA, providing a stimulating working environment for the PhD student.