Détection d'une source faible : modèles et méthodes statistiques. Application à la détection d'exoplanètes par imagerie directe. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Detection of a weak source: statistical models and methods. Application to exoplanets detection using direct imaging.

Détection d'une source faible : modèles et méthodes statistiques. Application à la détection d'exoplanètes par imagerie directe.

Isabelle Smith
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 885343

Résumé

This thesis is concerned by extra-solar planets research using ground-based instruments that image a star and its very closeby environment. Such a research is extremely difficult due to the high light contrast ratio and the proximity between a potential exoplanet and its parent star. A fine qualitative and probabilistic description of the data and relevant inferential methods increase a posteriori the instruments performances. Hence, this thesis focuses on signal processing methods and on a more general statistical methodological issue. All studies are performed theoretically and practically. First, this thesis describes the data expected for the future SPHERE instrument of the Very Large Telescope, simulated from a detailed physical model. A simple probabilistic model of these data is used in particular to identify candidates. The inferences performances are also studied from a model that describes more realistically the noises that caracterize the images (correlated speckle noise, Poisson noise). The difference between the false alarm probabilities computed from the simple model and from the realistic model is emphasized. Then, the problem is adressed under the Bayesian paradigm. First, an original hypotheses test tool is introduced and studied: the posterior distribution of the likelihood ratio, denoted PLR. Its theoretical study especially shows that in a standard invariance framework the PLR is equal to a frequentist p-value. Further, a probabilistic model of the data is developped from the initial model and a probabilistic model of the light intensity of the exoplanet is proposed. They are finally used in the PLR and the Bayes factor.
Cette thèse contribue à la recherche de planètes extra-solaires à partir d'instruments au sol imageant une étoile et son environnement très proche. Le grand contraste lumineux et la proximité entre une potentielle exoplanète et son étoile parente rendent la détection de l'exoplanète extrêmement difficile. Une modélisation qualitative et probabiliste fine des données et l'utilisation de méthodes d'inférence adaptées permettent d'accroître a posteriori les performances des instruments. Cette thèse se focalise ainsi sur l'étape de traitement des données et sur un problème de méthodologie statistique plus général. Chaque étude est abordée sous des angles théoriques et appliqués. La thèse décrit d'abord les données attendues pour le futur instrument SPHERE du Very Large Telescope, simulées à partir d'une modélisation physique détaillée. Un modèle probabiliste simple de ces données permet notamment de construire une procédure d'identification de candidats. Les performances des inférences sont aussi étudiées à partir d'un modèle décrivant de façon plus réaliste les bruits caractérisant les images (bruit de speckle corrélé, bruit de Poisson). On souligne la différence entre les probabilités de fausse alarme calculées à partir du modèle simple et à partir du modèle réaliste. Le problème est ensuite traité dans le cadre bayésien. On introduit et étudie d'abord un outil original de test d'hypothèses : la distribution a posteriori du rapport de vraisemblance, notée PLR. Son étude théorique montre notamment que dans un cadre d'invariance standard le PLR est égal à une p-value fréquentiste. Par ailleurs, un modèle probabiliste des données est développé à partir du modèle initial et un modèle probabiliste de l'intensité de l'exoplanète est proposé. Ils sont finalement utilisés dans le PLR et le facteur de Bayes.
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Dates et versions

tel-00548905 , version 1 (20-12-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00548905 , version 1

Citer

Isabelle Smith. Détection d'une source faible : modèles et méthodes statistiques. Application à la détection d'exoplanètes par imagerie directe.. Astrophysique [astro-ph]. Université Nice Sophia Antipolis, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00548905⟩
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