Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Détection et caractérisation d'exoplanètes en transit avec le télescope TRAPPIST-Nord
Barkaoui, Khalid
2020
 

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These_de_doctorat_Khalid-Barkaoui_2020.pdf
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Keywords :
étoiles naines ulra-froides; exoplanètes; méthodes des transits; méthode des vitesses radiales; spectroscopie stellaire
Abstract :
[fr] À ce jour, la majorité des exoplanètes découvertes transitent leurs étoiles-hôtes. Une petite partie de ces exoplanètes en transit sont de type Jupiter-chaud en orbite autour d'étoiles de type solaire. Malgré le fait que ce type d'exoplanètes ont été étudiées depuis plusieurs décennies, les Jupiters-chauds sont toujours des cibles extrêmement intéressantes qui nous permettent d'étudier les mécanismes de formation et d'évolution planétaires, grâce à ses fortes irradiations, et ses champs gravitationnel et magnétique intenses. Environ 280 Jupiters-chauds sont connus à ce jour. Le nombre d'exoplanètes en orbite autour des étoiles ultra-froides est encore petit (7 planètes à ce jour). Les étoiles ultra-froides (UCDs) sont des étoiles plus petites (0.08R_⨀ < R < 0.15R_⨀), moins massives (0.075M_⨀ < M < 0.1M_⨀) et plus froides (température effective inférieure à 2700K) que le Soleil. Ces exoplanètes pourraient nous fournir une opportunité pour étudier leurs propriétés atmosphériques avec les futurs observatoires, tels que le télescope spatial James Webb de la NASA (JWST) et le télescope géant européen (E-ELT). Au cours de la préparation de ma thèse, j'ai participé à la détection et la caractérisation de nouvelles exoplanètes de type Jupiter-chaud éclipsant des étoiles de type solaire dans le cadre de plusieurs projets à grand champ, tels que WASP (Wide Angle Search for Planet), QES (Qatar Exoplanet Survey) et GPX (Galactic Plane eXoplanets surveys), et les missions spatiales Kepler et TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA. J'ai participé également à la recherche d'exoplanètes telluriques en transit devant d'étoiles ultra-froides du voisinage solaire dans le cadre du projet SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing Ultra-cOOl Stars). Une partie de ma thèse a été consacrée au projet SPECULOOS. J'ai suivi la photométrie d'une cinquantaine de cibles SPECULOOS en utilisant TRAPPIST-Nord. Ce dernier est un télescope robotique de 60 cm de diamètre situé à l'observatoire de l'Oukaimeden. J'ai participé à l'installation du télescope TRAPPIST-Nord à l'observatoire de l'Oukaimeden en mais 2016, et j'ai effectué plusieurs missions de la maintenance du TRAPPIST-Nord. J'ai observé 54 cibles SPECULOOS dont TRAPPIST-1. Plusieurs cibles se révèlent calmes en photométrie, ce qui rende plus facile l'éventuelle détection d'un transit planétaire. Quelques cibles montrent des "flares" (variations importantes de flux dans quelques minutes, induites par des phénomènes de reconnexion magnétique dans les atmosphères stellaires). Finalement, quelques cibles montrent une variabilité complexe (modulation de quelques % d'amplitude), probablement induite par la rotation de l'étoile, la présence de tâches ou de nuages dans la photosphère de ces étoiles. J'ai utilisé les courbes de lumière de cibles SPECULOOS acquises par TRAPPIST-Nord pour estimer leur sensibilité en termes de tailles de planètes détectables. J'ai analysé les données de 49 cibles SPECULOOS. Le résultat démontre bien que TRAPPIST-Nord est capable de détecter des transits de planète de taille similaire à la terre en orbite autour d'étoiles ultra-froides proches. De plus, j'ai contribué à la découverte de sept planètes telluriques tempérées en orbite autour d'une étoile naine ultra-froide plus proche baptisée TRAPPIST-1. Ces planètes ont des tailles comparables à celle de la Terre et dont trois située dans la zone habitable autour de TRAPPIST-1. Les six planètes internes forment une chaîne quasi résonante. Ces planètes sont des cibles potentielles pour la caractérisation atmosphérique à l'aide de futur télescope JWST. J'ai participé au suivi photométrique du système TRAPPIST-1 avec TRAPPIST-Nord entre juin 2016 et juin 2020 pour un total de 410 heures d'observations. J'ai effectué la réduction des données et la photométrie à l'aide du pipeline semi-automatique TRAPPHOT développé sous IRAF et j'ai effectué l'analyse des courbes des transits en utilisant la technique de Monte Carlo par chaînes de Markov (MCMC). Les résultats obtenus sont en bon accord avec ceux obtenus avec le télescope spatial Spitzer de la NASA. Les timings des transits obtenus avec TRAPPIST-Nord vont permettre d'améliorer la précision de la mesure des masses et des densités de ces planètes en utilisant la méthode de TTV (Transit-Timing Variation). L'autre partie de ma thèse a été consacrée au suivi photométrique avec TRAPPIST-Nord de candidats exoplanètes produits par les surveys à grands champs WASP, QES, GPX, Kepler K2 et TESS. Ces observations ont notamment contribué à la confirmation et à la caractérisation d'exoplanètes en transit. J'ai contribué à la découverte de 12 nouvelles exoplanètes de type Jupiter-chaud dans le cadre du projet WASP. Parmi ces 12 exoplanètes se trouvent WASP-161b, WASP-163b et WASP-170b présentées dans mon premier article. WASP-161b orbite autour d'une étoile de type spectral F6V et de magnitude Vmag = 11.1 sur une orbite de 5.41 jours, et elle a une masse de 2.5 M_Jup et un rayon de 1.14R_Jup. WASP-163b a une masse de 1.9 M_Jup et un rayon de 1.2R_Juporbite autour d'une étoile de type spectral G8V et de magnitude Vmag = 12.5 sur une orbite de 1.61 jours. WASP-170b (M_p=1.7 M_Jup et R_p=1.1 R_Jup) orbite autour de son étoile-hôte de type spectral G1V et de magnitude Vmag = 12.8 sur une orbite de 2.34 jours. Ces planètes sont larges et plus massives que Jupiter, et elles sont bien reproduisent par les modèles classiques de structure de planètes géantes fortement irradiées. J'ai participé au suivi photométrique du 16 candidats exoplanètes du projet QES, dont 3 confirmés comme des planètes. Parmi ces 3 exoplanètes se trouve Qatar-10b. Cette dernière est une planète de type Jupiter-chaud en orbite autour d'une étoile de type spectral F7V et de magnitude Vmag=12.8. Sa période orbitale est de 1.65 jours, sa masse est de 〖0.74 M〗_Jup et son rayon est de 1.53 R_Jup. J'ai participé également au suivi photométrique des candidats exoplanètes des missions spatiales Kepler et TESS de la NASA. J'ai observé sept candidats exoplanètes Kepler, dont l'un des candidats a été confirmé comme planète, EPIC_206061524.01. C'est une planète de type Neptune de rayon ~6.92 R_⨁ et de température d'équilibre 660 K sur une orbite de 5.88 jours autour d'une étoile de type spectral K7V et de Vmag =14.89. J'ai contribué aussi à la découverte d'un nouveau système planétaire découvert par la mission TESS autour de l'étoile TOI-732. Celle-ci est une étoile de type spectral M3.5V, de magnitude Vmag=13.14 et de température effective T_eff= 3360K. TOI-732.01 est une planète de type Terre de masse M_p=2.34M_⊕ et de rayon R_p= 1.35R_⨁, sur une orbite de 0.77 jour autour de son étoile. TOI-732.02 est une planète de type sous-Neptune (M_p= 6.29M_⊕ et R_p= 2.42R_⊕) sur une orbite de 12.25 jour autour de son étoile. J'ai également participé au suivi photométrique de deux systèmes binaires à éclipses dans le cadre de projet GPX. GPX-TF16E-18, qui se compose d'une étoile naine blanche de masse M_1= 0.72M_⨀, de rayon R_1= 0.013R_⨀ et de température effective T_eff= 8700K$, et d'une étoile de la séquence principale de type spectral K7, de masse M_2= 0.64M_⨀, de rayon R_2= 0.65R_⨀ et de température effective T_eff= 4070K. La naine blanche tourne autour de cette sur une très courte période de 0.298 jour. GPX-1b est une naine brune de masse de 19.6M_Jup et de rayon de 1.46R_Jup sur une orbite de 1.74 jours autour d'une étoile de type spectral F et de magnitude Vmag=12.3.
Research center :
Observatoire de l'Oukaimede; Université de Liège; Université Cadi Ayyad
Precision for document type :
Critical notes/Edition
Disciplines :
Space science, astronomy & astrophysics
Author, co-author :
Barkaoui, Khalid ;  Université de Liège - ULiège > Astrobiology
Language :
French
Title :
Détection et caractérisation d'exoplanètes en transit avec le télescope TRAPPIST-Nord
Alternative titles :
[en] Detection and characterization of transiting exoplanets with TRAPPIST-Nord telescope
Defense date :
08 September 2020
Number of pages :
147
Institution :
ULiège - Université de Liège
Université Cadi Ayyad, Marrakech, Morocco
Degree :
Doctorat en sciences spatiales
Promotor :
Benkhaldoun, Zouhair
Gillon, Michaël
President :
Grodent, Denis
Secretary :
Jehin, Emmanuel
Jury member :
Jabiri, Abdelhadi
Demory, Brice-Olivier
Kolenberg, Katrien
Delrez, Laetitia
Triaud, Amaury
Name of the research project :
Projet TRAPPIST-Nord
Available on ORBi :
since 05 September 2020

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