Atmosphère des planètes extrasolaires géantes : un modèle d'équilibre radiatif - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

Atmosphere of giant extrasolar planets : a radiative equilibrium model

Atmosphère des planètes extrasolaires géantes : un modèle d'équilibre radiatif

Résumé

Direct, and particularly spectroscopic, observations will allow the determination of the nature and chemical composition of the "hot Jupiters'" atmosphere. Preliminarily, it is essential to build a theoretical atmospheric model in order to constrain the observational techniques. In that framework we have developed a radiative equilibrium model of the Jupiter-like extrasolar planets irradiated by their parent star. The modeling determines not only the mean thermal structure, but also the stellar reflected spectrum and the thermal emission spectrum for planets orbiting the primary from 0.05 to 1 astronomical unit. the model atmosphere is limited at the bottom by an optically-thick cloud. In all cases, a major result is that the modelled atmosphere does not show any temperature inversion in contrast with the giant planets in the Solar System. Except for the farthest (and coldest) planet among the sample of the modelled planets in this work, we find that the atmosphere is subadiabatic in the whole grid of pressure. This result validates the hypothesis of radiative equilibrium. We also discuss the vertical distribution (conditional upon the orbital distance) of the chemical species in the atmosphere , assuming solar elemental abundances. The thermal emission spectra are dominated by the bands of water vapor, seen in absorption, and reveals a window in the 4-micron region. Compared to the latter, a flux peak is more and more strong at 10 microns for the coldest planets of the sample. Finally, we investigated the detectability of spectral signatures from "hot Jupiters", using the ground-based giant telescopes (VLT, Keck,. . .) in noninterferometric mode. Synthesized spectra have been calculated for 51 Peg b (Teff=1200 K) in the nu3 band of methane and in the fundamental band of carbon monoxide.
Les observations directes, notamment spectroscopiques, permettront de déterminer la nature et la composition chimique de l'atmosphère des "Jupiter chauds", mais il est essentiel d'élaborer préliminairement un modèle atmosphérique théorique dans le but de contraindre les techniques d'observation. Dans cette optique, nous avons développé un modèle d'équilibre radiatif adapté aux planètes extrasolaires de type jovien, chauffées par leur étoile centrale. La modélisation fournit la détermination de la structure thermique moyenne, mais aussi le spectre réfléchi et le spectre d'émission thermique pour des planètes de distance orbitale 0.05 `a 1 unité astronomique. Dans ce modèle, l'atmosphère est limitée au bas par un nuage optiquement épais. Dans tous les cas, un résultat majeur du modèle est marqué par l'absence d'inversion de température dans la structure thermique de l'atmosphère, contrairement aux planètes géantes du Système Solaire. A l'exception de la planète la plus distante (1 UA) de l'échantillon des planètes modélisées, nous trouvons que l'atmosphère est subadiabatique sur toute la grille de pression, ce qui valide l'hypothèse d'équilibre radiatif. La distribution verticale des espèces chimiques les plus abondants de l'atmosphère, dans des conditions solaires, est discutée selon la distance de la planète à l'étoile. Le spectre d'émission thermique est dominé par les bandes de l'eau, vues en absorption, et révèle une fenêtre à 4 μm, accompagnée d'un flux de plus en plus fort `a 10 μm pour les plan`etes les plus froides. Nous avons enfin étudié la détectabilité des signatures spectrales de l'atmosphère des "Jupiters chauds", au foyer de grands télescopes (VLT, Keck, ...) en mode non-interférométrique. Les spectres synthétiques ont été calculés pour 51 Peg b (Teff=1200 K) en particulier, dans la bande nu3 de CH4 et (1-0) de CO.
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Citer

Cédric Goukenleuque. Atmosphère des planètes extrasolaires géantes : un modèle d'équilibre radiatif. Astrophysique [astro-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1999. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00009725⟩
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