Publié le 5 juillet 2022 par Érika Le Bourdais
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Anne Boucher, étudiante iREx à l’Université de Montréal, a présenté sa thèse de doctorat au printemps 2022. Elle résume ici le projet de recherche qu’elle a réalisé dans le cadre de son doctorat.
Au cours de ma thèse, je me suis intéressé aux atmosphères des exoplanètes géantes gazeuses qui orbitent très près de leur étoile. Grâce à une technique appelée spectroscopie en transmission, j’ai étudié la composition chimique de leurs atmosphères, ce qui donne beaucoup d’informations sur les mécanismes de leur formation et de leur évolution. L’étude détaillée de ces exoplanètes, parfois appelées Jupiter chaudes ou sous-Saturnes chaudes, permet de mieux comprendre les processus physiques, chimiques et dynamiques qui régissent les atmosphères de ces objets astronomiques.
J’ai principalement utilisé les données de l’instrument SPIRou, un spectropolarimètre à haute résolution qui opère dans le proche infrarouge et qui est installé sur le télescope Canada-France-Hawaï. Nous avons d’abord observé HD 189733 b, l’une des exoplanètes les plus étudiées, pour construire les codes d’analyse. Grâce à la spectroscopie de transit, nous avons pu confirmer la présence d’eau et déterminer son abondance. Les résultats, cohérents avec les études précédentes, montrent que l’atmosphère de HD 189733 b est relativement propre (pas de nuages) et que la planète se serait formée loin de son étoile où il fait suffisamment froid pour trouver de l’eau sous forme de glace. Un fort décalage vers le bleu de l’absorption d’eau est observé, ce qui peut être une conséquence de la présence de vents forts dans l’atmosphère.
Rendu artistique de l’exoplanète HD 189733 b, crédit : NASA, ESA et G. Bacon (STScI)
Ensuite, nous avons étudié WASP-127 b, une exoplanète moins massive mais beaucoup plus grande que Saturne. Une étude récente qui a utilisé les données du télescope spatial Hubble (HST) et de Spitzer n’a pas pu faire la distinction entre deux scénarios atmosphériques : un faible rapport carbone-oxygène (C/O) avec un faible taux de monoxyde de carbone (CO) ou un rapport solide avec beaucoup de CO. Comme ce rapport permet de déterminer comment une planète s’est formée, nous avons décidé d’utiliser SPIRou, car cet instrument permet d’observer une bande de CO indisponible pour HST et Spitzer. En utilisant ces données, il s’est avéré qu’il avait très peu de CO et très peu de C/O, ce qui est rarement observé mais est soutenu par des scénarios de formation plus réalistes variant dans le temps. Les données SPIRou ont également confirmé la présence d’eau et ont montré un signal cohérent avec l’hydroxyle (OH), qui doit être reconfirmé car l’exoplanète est trop froide pour expliquer facilement ce résultat. Les données SPIRou ont également confirmé la présence d’eau et suggéré la possible détection d’hydroxyle (OH), une découverte inattendue car l’exoplanète est trop froide.
Ces travaux ont permis de développer notre expertise en spectroscopie de transit proche infrarouge à haute résolution à l’Université de Montréal, notamment avec SPIRou, permettant ainsi l’étude des conditions atmosphériques de Jupiters chauds et sub-saturnes. Cette première analyse conjointe, réalisée sur des données de transmission haute et basse résolution, a permis d’obtenir de meilleures contraintes sur les paramètres atmosphériques. Cette méthode s’avère être un outil très puissant pour étudier l’atmosphère et le sera encore plus avec les capacités révolutionnaires du télescope spatial James Webb.
Plus d’informations
Anne a soutenu son doctorat à l’Université de Montréal entre 2016 et 2022 sous la direction de David Lafrenière. Sa thèse sera bientôt disponible.
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