Soutenance de thèse de Lorena ACUñA AGUIRRE

Les exoplanètes de faible masse montrent une diversité dans leurs densités et leurs conditions d'irradiation, allant de planètes fortement irradiées à des mondes tempérés. Pour estimer leur composition, nous avons développé un modèle de structure intérieure qui inclut de manière autoconsistante une atmosphère en équilibre radiatif-convectif. Le modèle peut accueillir des enveloppes d'eau et de CO$_{2}$ dans les conditions extrêmes des exoplanètes hautement irradiées. Il peut être utilisé comme modèle direct pour générer des relations masse-radius, ainsi que dans le cadre de notre propre modèle bayésien adaptatif de type Markov Chain Monte Carlo, qui estime les incertitudes des paramètres de composition compte tenu des barres d'erreur de la masse et du rayon observés. Nous présentons les différents développements que nous avons réalisés pour aboutir à l'implémentation cohérente du modèle couplé intérieur et atmosphère et à sa validation. Les applications du modèle sont l'estimation des paramètres de composition avec leurs incertitudes respectives à partir des observations d'une seule planète, l'analyse des compositions planétaires au sein de systèmes multiplanétaires pour contraindre leurs mécanismes de formation, et l'évaluation de l'observabilité des spectres d'émission des exoplanètes rocheuses avec le télescope spatial James Webb. Nous discutons des propriétés compositionnelles de notre échantillon, ainsi que des limitations dues aux incertitudes auxquelles le modèle est confronté. Notre modèle peut servir de précédent à un cadre de modélisation construit pour interpréter les données fournies par les missions à venir telles que PLATO et Ariel.

Low-mass exoplanets are showing a diversity in their densities and irradiation conditions, ranging from highly irradiated planets to temperate worlds. To estimate their composition, we have developed an interior structure model that includes self-consistently an atmosphere in radiative-convective equilibrium. The model can accommodate water and CO$_{2}$ envelopes under the extreme conditions of highly-irradiated exoplanets, which are the most numerous population. It can be used as a forward model to generate mass-radius relationships, as well as within our own Bayesian adaptive Markov Chain Monte Carlo (MCMC), which estimates the uncertainties of the compositional parameters given the error bars of the observed mass and radius. We present the various developments we carried out to achieve the coherent implementation of the coupled interior and atmosphere model and its validation. The applications of the model are the estimation of the compositional parameters with their respective uncertainties based on observations for a single planet, the analysis of planetary compositions within multiplanetary systems to constrain their formation mechanisms, and the assessment of the observability of emission spectra for rocky exoplanets with the James Webb Space Telescope (JWST). Already used to analyze the composition of a large sample of exoplanets, we discuss the compositional properties of this sample, as well as the limitations due to uncertainties and degeneracies the model faces. Our model may serve as a precedent of a modelling framework built to interpret mass, radius and atmospheric characterization data provided by upcoming missions such as PLATO and Ariel.