Détection et caractérisation des atmosphères exoplanétaires par couplage de l’imagerie directe et de la spectroscopie à moyenne ou haute résolution spectrale

La moyenne ou haute résolution spectrale a un intérêt scientifique fort pour caractériser la composition des atmosphères planétaires et s’avère nécessaire à la recherche de bio-signatures. Des techniques de couplage entre la spectroscopie et les instruments d’imagerie directe émergent pour répondre à ces besoins. Ces nouveaux instruments peuvent également s’avérer utiles pour faciliter les détections et dépasser les limites actuelles de l’imagerie haut-contraste. Une nouvelle technique de détection et de caractérisation dédiée a été élaborée en 2017 sous le nom de molecular mapping.
C’est dans ce cadre de recherche que s’est déroulée ma thèse. Dans un premier temps, j’ai estimé les niveaux de détection du bras haut-contraste sur le futur instrument ELT/HARMONI. Ces estimations ont abouti au développement d’une méthode analytique générale pour prédire les niveaux de détection d’instruments mêlant haut-contraste et haute résolution spectrale. J’ai mis en place un code python, FastCurves, permettant d’appliquer cette méthode par la suite à d’autres instruments, comme notamment pour ERIS/SPIFFIER et SPHERE+/MedRES. Cette étude a permis de montrer l’intérêt d’équiper SPHERE d’un spectrographe de champ à moyenne résolution spectrale. Dans le cas d’ERIS/SPIFFIER, j’ai montré que les calibrations et les performances de réduction de données de l’instrument n’étaient pas encore assez perfectionnées pour permettre de détecter efficacement des planètes à courte séparation. Les données prises lors du programme de vérification de l’instrument m’ont tout de même permis de redétecter une planète, 2M0437 b, récemment découverte. Cette détection permet également de discuter de l’efficacité et des dépendances de cette nouvelle méthode de détection. Ces dernières limitations m’ont amené à discuter d’autres méthodes de détection utilisant également la diversité spectrale des données.
Dans un second temps, je présente mes travaux sur le développement à l’IPAG d’un spectromètre optimisé pour la caractérisation d’exoplanètes à haute résolution spectrale (R=80000). J’ai travaillé sur la mise au point de procédures d’alignement et de calibration pour valider le fonctionnement du spectromètre. J’ai ensuite développé une routine d’extraction du signal pour extraire le spectre à haute résolution des objets observés. L’instrument a été validé en conditions réelles en le couplant au télescope de Hale du Mont Palomar en mars 2022. Depuis, le spectromètre VIPA entre dans une nouvelle phase d’amélioration pour la préparation de futures missions sur ciel plus ambitieuses à l’horizon 2024.

Direction de thèse

• David Mouillet & Alexis Carlotti (IPAG)

Composition du Jury

• Jean-Philippe Berger, Astronome IPAG, Président du Jury
• Anthony Boccaletti, Directeur de recherche CNRS LESIA, Paris, Rapporteur
• Laurent Pueyo, Astronome adjoint STSci, Baltimore USA, Rapporteur
• Elodie Choquet, Astronome adjointe LAM, Marseille, Examinatrice
• Gaël Chauvin, Directeur de recherche CNRS OCA, Nice, Examinateur
• Olivier Flasseur, Chargé de recherche CNRS CRAL, Lyon, Examinateur

Mis à jour le 27 octobre 2023