Ecole Doctorale

Physique et Sciences de la Matière

Spécialité

PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : ASTROPHYSIQUE ET COSMOLOGIE

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Exoplanètes,Vitesse radiale,Transit,Kepler,HARPS,Activité stellaire

Keywords

Exoplanets,Radial velocity,Transit,Kepler,HARPS,Stellar activity

Titre de thèse

Lumière sur la diversité des petits mondes en transit d'étoiles solaires
Revealing the diversity of small worlds transiting solar stars

Date

Mercredi 20 Janvier 2021 à 14:00

Adresse

Laboratoire d'Astrophysique de Marseille Pôle de l'Étoile - Site de Château-Gombert 38, rue Frédéric Joliot-Curie 13388 Marseille cedex 13 FRANCE Amphithéâtre

Jury

Rapporteur Mme Nadège MEUNIER Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
Rapporteur M. Xavier BONFILS Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
Examinateur M. Juan CABRERA German Aerospace Center (DLR)
Examinateur M. Amaury TRIAUD University of Birmingham
Directeur de these M. Alexandre SANTERNE Laboratoire d'Astrophysique de Marseille - Aix-Marseille Université
Directeur de these Mme Magali DELEUIL Laboratoire d'Astrophysique de Marseille - Aix-Marseille Université

Résumé de la thèse

Les petites planètes, entre la taille de la Terre et celle de Neptune, présentent une grande diversité de compositions. Leur densité moyenne, obtenue en combinant la photométrie des transits avec la spectroscopie Doppler à haute précision, s’étend de mini-Neptunes peu denses aux super-Terres massives. À l’heure actuelle, on observe une transition continue entre les planètes rocheuses et gazeuses, et ces objets inconnus dans le système solaire défient les théories de formation planétaire. L’exploration de ces petites planètes est limitée actuellement par la précision atteinte sur leurs paramètres fondamentaux. Alors que plus d’une centaine de ces planètes ont été caractérisées à l’heure actuelle, il n’est possible de déterminer précisément la composition que d’une douzaine d’entre-elles. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’étude de la diversité des petits mondes autour d’étoiles solaires en combinant deux des plus puissants instruments pour la détection d’exoplanètes : le télescope spatial Kepler de la NASA dans le cadre de la mission K2 et le spectrographe HARPS de l’observatoire européen austral. Le premier objectif est l’exploitation et l’interprétation des données issues d’un large programme de deux ans sur HARPS, au sein d’un consortium européen, pour enrichir le nombre de petites planètes bien caractérisées, et faire le lien avec les scénarios de formation et d’évolution des corps planétaires. Cette thèse contribue aussi au suivi sol de la mission K2 avec le spectrographe SOPHIE à l’observatoire de Haute-Provence, et de la mission TESS avec HARPS. Au-delà de la précision des instruments, la limitation majeure dans l’identification des petits signaux planétaires est l’activité magnétique des étoiles. L’impact de ces bruits stellaires peut dans certains cas être dominant et il n’existe pour l’instant aucune méthode de correction parfaitement adaptée. Cette thèse s’intéresse modestement à ces aspects incontournables. En particulier, l’intérêt de contraintes additionnelles issues d’observations avec des techniques variées est explorée. C’est le cas notamment de la spectropolarimétrie qui permet un suivi de l’évolution du champ magnétique, responsable des modulations observées en vitesse radiale.

Thesis resume

Small exoplanets, with sizes from Earth-like to Neptune-like, exhibit a surprising diversity in terms of composition. Their bulk density, derived by combining space-based transit photometry and high-precision Doppler spectroscopy, is ranging from low-density mini-Neptunes to massive super-Earths. So far, the transition between rocky and gaseous planets appears to be continuous. These objects are challenging all planet-formation theories and no example of them is known in the solar system. The exploration of these small exoplanets is currently limited by the precision achieved on their fundamental properties. While about a hundred super-Earths have been characterized so far, it is possible to determine unambiguously whether they are rocky or gaseous only for a dozen of them. The objective of this PhD is to contribute to the study of the diversity of these small worlds around solar stars by combining the most powerful exoplanet-hunter instruments: the NASA Kepler space telescope within the K2 mission and the HARPS spectrograph at the European Southern Observatory. The first goal is to exploit and interpret the data from a 2-year large programme on HARPS within a European consortium, in order to increase the number of well characterised small planets, and make the link between the observations and the formation paths of these bodies. This PhD also contributes to the ground follow-up of the K2 mission using the SOPHIE spectrograph at the Haute-Provence observatory, as well as the TESS mission using HARPS. Beyond the instrumental precision, the main limitation to identify low-amplitude planetary signatures is the magnetic activity of stars. Stellar noises can be dominant and the existing correction methods are far to be perfect. This work also focuses on this primordial aspect and probe the additional constraints which can be brought by various observing techniques, particularly spectropolarimetry as it allows to probe the evolution of the large scale magnetic field which is reponsible for the rotational modulation observed in radial-velocity.