Detection and Characterization of Exoplanets in Direct Imaging with IRDIS
Détection et Caractérisation des Exoplanètes par Imagerie Directe avec IRDIS
Résumé
Since the first detection of an exoplanet orbiting a main sequence star in 1995, only a handful of planets have been detected by direct imaging because of the large contrast difference between stars and planets. SPHERE is a second generation instrument for the VLT dedicated to the detection of giant gaseous planets by direct imaging which will combine a dedicated extreme adaptive optics system and high-efficiency coronagraphs to ally high angular resolution and high contrast. One of its scientific modules, IRDIS, will offer several observing modes for exoplanet detection and characterization in the near infrared. During my thesis, I studied with detailed numerical simulations the performances of the dual-band imaging (DBI) and long slit spectroscopy (LSS) modes. In DBI I used SDI and ADI data analysis methods to attenuate the speckle noise and estimate the detection limits and photometric accuracy of IRDIS. Using this empirical accuracy I derived a best sequence of filter pairs for planet characterization and I estimated the lowest effective temperatures of the planets that could be characterized with IRDIS. In LSS, I developed a specific data analysis method for speckle dominated spectra and I studied its performances in details for exoplanet characterization. Finally, I worked on the characterization strategy for IRDIS with blind tests in DBI and LSS mode. These tests confirmed the results from the dedicated analysis of the two modes, and allowed me to study the discrimination of stellar contaminants in IRDIS data.
Depuis la découverte de la première exoplanète autour d'une étoile de la séquence principale en 1995, seule une poignée d'exoplanètes ont été détectées par imagerie directe du fait de la grande différence de contraste qui existe entre les étoiles et les planètes. L'instrument SPHERE pour le VLT fait partie d'une nouvelle génération d'instruments dédiés à la détection directe de planètes géantes gazeuses qui combine un système d'OA extrême et des coronographes de dernière génération pour allier haute résolution angulaire et haut contraste. IRDIS, le spectro-imageur différentiel de SPHERE, offre plusieurs modes d'observation dans le proche infrarouge, dont les deux principaux sont l'imagerie différentielle (DBI) et la spectroscopie longue fente (LSS). Durant ma thèse j'ai étudié au moyen de simulations numériques détaillées les performances des modes DBI et LSS pour la détection et la caractérisation des exoplanètes. En mode DBI j'ai utilisé les méthodes SDI et ADI pour éliminer les speckles qui limitent intrinsèquement les données, puis j'ai estimé les limites de détection et la précision photométrique de IRDIS en imagerie afin de déterminer une séquence de paires de filtres optimale pour la caractérisation des exoplanètes. En utilisant cette séquence, j'ai pu estimer les températures effectives des planètes qui seront effectivement caractérisables avec IRDIS. En mode LSS, j'ai développé une méthode d'analyse des données spécifique pour les spectres dominés par les speckles et j'ai étudié ses performances en détail pour la caractérisation des exoplanètes. Enfin, j'ai travaillé sur la stratégie d'observation à adopter pour la caractérisation des exoplanètes avec IRDIS au moyen de tests en aveugle en imagerie et en spectroscopie. Ces tests m'ont permis de confirmer les résultats obtenus dans le cadre du travail détaillé sur les modes DBI et LSS, et en particulier d'étudier la discrimination des contaminants stellaires dans les données de IRDIS.
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