Characters of extrasolar planets: from observations of transiting giant planets to models of Earth-size planets
Caractères de planètes extrasolaires : des observations de planètes géantes en transit aux modèles de planètes de taille terrestre
Résumé
In slightly more than ten years, several hundreds of planets have been discovered in orbit around other stars than the Sun. Meanwhile, very little is known about the nature of these exoplanets, at the exception of their masses. Nowadays, we can start characterizing them more precisely: measuring their sizes, thus estimating their mean densities and sketching their internal structures; determining the presence of an atmosphere and its composition. In this thesis, we associate observations obtained with various techniques to theoretical modeling in order to describe different kinds of exoplanets. Comparing observations from the Spitzer Space Telescope, which we are analyzing, to a predictive model, we search for atmospheric water vapour in the hot Jupiter HD189733b. We also obtain accurate measurements of the planetary radius, the stellar radius, and the impact parameter at 3.6 and 5.8 microns. Next, we use internal structure and protoplanetary disk models to constrain the nature of OGLE2005-BLG-390Lb, a light and cold planet detected through gravitational microlensing. We show that an ocean could have existed underneath an ice shell on this planet, now entirely frozen, and examine the possible composition of the ice. We propose that such properties could be shared by many other worlds throughout the Galaxy. Finally, we describe a limb transmission model to simulate theoretical spectra of transiting Earth-size planets, and conclude that ocean-planets around late-type stars would be the best possible targets for a future space mission aimed at characterizing exoplanets.
En un peu plus d'une dizaine d'années, plusieurs centaines de planètes ont été découvertes en orbite autour d'étoiles autres que le Soleil. Cependant, en-dehors de leurs masses, peu de choses sont connues sur la nature de ces exoplanètes. Aujourd'hui, nous pouvons commencer à les caractériser plus précisément : à mesurer leurs tailles et, par conséquent, à estimer leurs densités moyennes et esquisser les grandes lignes de leurs structures internes ; à déterminer la présence d'une atmosphère et la composition de celle-ci. Dans cette thèse, nous associons des observations obtenues par différentes techniques à des modèles théoriques pour brosser le portrait d'exoplanètes très différentes. En comparant des observations du télescope spatial Spitzer, dont nous détaillons l'analyse, à un modèle atmosphérique prédictif, nous recherchons de la vapeur d'eau dans l'atmosphère du Jupiter chaud en transit HD189733b. Nous obtenons également des mesures précises des rayons planétaires et stellaires ainsi que du paramètre d'impact à 3,6 et 5,8 microns. Puis, nous utilisons des modèles de structures internes et de disques protoplanétaires pour contraindre la nature d'OGLE2005-BLG-390Lb, une petite planète froide détectée par microlentille gravitationnelle. Nous montrons qu'un océan subglaciaire a pu exister sur cette planète désormais gelée, et étudions la composition possible de la glace. Nous avançons que ces propriétés pourraient être partagées par de nombreuses autres planètes dans la Galaxie. Enfin, nous utilisons un modèle de transmission au limbe pour réaliser des spectres théoriques de planètes de taille terrestre en transit, et concluons que des planètes-océans autour de petites étoiles seraient les cibles les plus adéquates pour une future mission spatiale de caractérisation d'exoplanètes.