Photométrie de haute précision dans l'infrarouge d'exoplanètes en transit

Pour les hommes en quête de sens, l’exploration de nouvelles terres a été et est certainement encore l’un des plus grands défis possibles. Aujourd’hui ces nouveaux mondes dont nous parlons sont éloignés de plusieurs années lumière, et sont appelés exoplanètes. Découvertes récemment, il est désormais possible d’étudier les structures de ces dernières, de même que leurs compositions et propriétés atmosphériques, sans même devoir résoudre leur lumière de celle de leur étoile hôte : c’est en effet possible lorsque ces planètes passent régulièrement devant (transit) et derrière (occultation) leur étoile hôte par rapport à notre angle de vue.
L’étude des exoplanètes et de leur atmosphère est de première importance. Elle pourrait nous renseigner sur les conditions présentes lors de leur formation et de leur évolution, et ainsi même nous aider à mieux caractériser les planètes du système solaire. La détermination des propriétés orbitales et atmosphériques des exoplanètes en transit fait partie des principaux objectifs de cette thèse. Nous utilisons ainsi des observations dans le domaine infrarouge, siège de nombreuses transitions de molécules constituant leurs atmosphères. Cependant plusieurs effets systématiques propres aux détecteurs infrarouges, en particulier ceux à bord du télescope spatial Spitzer (3,6–24 μm), ont déjà conduit à différentes conclusions quant à la nature atmosphérique de la planète étudiée, selon la façon de traiter les données.
Ainsi, ce travail de thèse se concentre également sur le traitement et l’analyse des données photométriques infrarouges de haute précision, afin d’obtenir des mesures rigoureuses, non ambiguës et pouvant permettre la caractérisation des exoplanètes, notamment via la reconstitution de leur spectre d’émission et de transmission. Par la même occasion, nous tentons de mieux comprendre le comportement des instruments infrarouges en vue des futures missions dans ce domaine de longueur d’onde, tel le télescope spatial James Webb. Notre travail s’articule en guise d’application autour de la caractérisation du système planétaire de GJ 436 par le traitement et la réanalyse des observations Spitzer et de CoRoT-2 à l’aide d’observations au sol et Spitzer.
A ces fins, nous employons et optimisons le programme de photométrie de déconvolution partielle DECPHOT, idéal pour séparer les contributions des flux des étoiles entre elles et de celle du ciel, particulièrement importante en infrarouge. Parallèlement, nous perfectionnons la technique de photométrie d’ouverture. En aval de ces traitements de données, nous exploitons un algorithme de Monte Carlo de chaînes de Markov, développé dans l’équipe de Liège, pour analyser les courbes de lumière produites par ces deux techniques de mesure photométrique, et en complément des courbes de vitesses radiales également disponibles pour les deux sys- tèmes étudiés. Nous enrichissons cet algorithme d’une nouvelle manière de modéliser un des effets systématiques de Spitzer, ainsi que d’un modèle de courbe de phase adapté pour une orbite excentrique.
Notre analyse de GJ436b écarte la présence des compagnons candidats planétaires proposés récemment dans la littérature. Contrairement aux études antérieures aux résultats contradictoires, nous mesurons une profondeur d’occultation à 3,6 μm indépendante de la manière de construire la courbe de lumière, grâce à notre modélisation de l’effet intrapixel. Nos résultats indiquent ainsi une faible variabilité de son étoile hôte et suggèrent une atmosphère riche en métaux. L’étude de CoRoT-2 b conduit à une mesure d’émission très élevée à 2,09 μm, signalant une atmosphère en non-équilibre thermodynamique local et/ou chimique. Elle pourrait indiquer l’émission de H+3 , résultant d’une émission stellaire ultraviolette intense ou d’aurores planétaires.