Systèmes planétaires autour d’étoiles de faible masse avec SPIRou: optimisation des mesures de vitesses radiales en infrarouge et utilisation de la spectropolarimétrie pour caractériser l’étoile hôte

Soutenance de thèse de Paul Charpentier (Salle Coriolis)

Résumé de la thèse :

Depuis la découverte des premières exoplanètes à l’aide de la méthode de la vitesse radiale (RV) il y a 30 ans, les techniques de détection ont été continuellement perfectionnées. À l’heure actuelle, les spectromètres optiques les plus récents offrent une précision 10 cm/s. Au moment de la rédaction de cette thèse, plus de 6 000 exoplanètes ont été détectées et confirmées. Malgré ces progrès remarquables, la détection d’une planète analogue à la Terre en orbite autour du Soleil reste un defi très difficile à relever avec nos capacités instrumentales et méthodologiques actuelles. Le mouvement réflexe induit de la Terre sur le Soleil, par exemple, est d’environ 9 cm/s et ce signal serait noyé par le bruit des variations inhérentes à l’activité stellaire qui pourraient induire plusieurs m/s de RV. Par conséquent, une étude approfondie de l’activité magnétique des étoiles devient impérative pour détecter le mouvement orbital des petites planètes.

Des instruments récents ont étendu les observations de la vitesse radiale du domaine optique au proche infrarouge (nlR). Cela a notamment permis d’étudier plus en détail les naines rouges, qui émettent l’essentiel de leur lumière dans ce domaine spectral. En raison de leur rapport de masse plus favorable, les planètes autour des naines M induisent un mouvement réflexe plus important sur leur étoile hôte, ce qui améliore leur détectabilité en RV. De plus, les naines M sont connues pour héberger plus fréquemment des planètes rocheuses, et elles représentent plus de 75 % des étoiles dans notre voisinage immédiat. Cependant, ces étoiles ont également, en moyenne, une activité magnétique plus forte que les étoiles de type solaire, et l’étude de cette activité magnétique est essentielle pour découvrir d’éventuelles planètes autour de ces étoiles. De plus, le domaine nlR est fortement contaminé par l’atmosphère terrestre, ce qui rend la tache encore plus complexe. C’est en prenant en compte tous ces éléments que le Spectro-Polarimètre Infra-Rouge (SPIRou), installé au télescope Canada- France-Hawaï (CFHT), a été conçu. En mesurant le spectre d’une étoile à travers plusieurs états de polarisation, SPIRou peut non seulement déterminer sa vitesse radiale avec une grande précision, mais aussi effectuer une analyse détaillée de son champ magnétique.

Inscrite dans le cadre des grands programmes SPIRou Legacy Survey (SLS) et SPICE au CFHT, cette thèse développe et met en œuvre de nouvelles méthodologies visant à atténuer ces limites et à optimiser les performances de SPIRou. Ce travail s’articule autour de trois axes complémentaires. Premièrement, le développement d’une méthodologie innovante permettant de filtrer la contamination atmosphérique de nos données. Deuxièmement, l’étude approfondie de l’activité magnétique afin de caractériser l’étoile hôte et son impact sur les mesures RV à l’aide d’indicateurs d’activité prometteurs. Enfin, nous avons appliqué les diagnostics précédemment étudiés afin de détecter des exoplanètes dans la mesure RV de la naine M tardive GI 4274. Ensemble, les contributions de cette thèse ont conduit, entre autres résultats, à l’identification de 201 raies particulièrement sensibles à l’activité, à l’introduction d’une nouvelle méthode de filtrage pour traiter la contamination tellurique, à la confirmation du potentiel prometteur des indicateurs d’activité récemment introduits tels que W₁ et dTemp, à la mesure de la période de rotation de 53 naines M proches et à la découverte de deux nouvelles exoplanètes.

Composition du jury de thèse :

• Membres du jury :
  • Hervé CARFANTAN, IRAP, Président
  • François BOUCHY, Université de Genève, Rapporteur
  • Nadège MEUNIER, IPAG, Rapportrice,
  • Suzanne AIGRAIN, Université d’Oxford, Examinatrice
  • Sophia SULIS, LAM, Examinatrice

• Encadrant.e.s :
  • Claire MOUTOU, IRAP
  • Jean-François DONATI, IRAP