Development of nulling interferometry devices for the detection and characterization of extrasolar planets
Développement de composants d'interféromètres de nulling pour la détection et la caractérisation de planètes extra-solaires
Résumé
Most of the 500 extra-solar planets detected to date have been discovered either by radial velocity measurements or photometric transits but very few by direct techniques. Direct imaging of exoplanets, however, gives access to a wider variety of information on the planet, from its orbital position to its spectrum, but is a difficult task to achieve because of the small angular separation between the star and its planet and the large flux ratio between them. For these two reasons, direct imaging of exoplanets has up to now been limited to the most favorable cases of bright giant exoplanets orbiting at large distances from their host stars. The present work aims at developing the high dynamic range capabilities of single- and multi-aperture imaging techniques for the detection and characterization of planetary systems. The first part of this work reports studies of adaptive optics-aided ground-based telescopes and their complementarity with space-based facilities for the detection of extra-solar planets. Results obtained with the Well-Corrected Subaperture at Palomar observatory on narrow multiple systems are then used to illustrate this study. The second part of this work is dedicated to stellar and nulling interferometry. We first present a new data reduction technique for interferometry using the statistical distributions of the noise sources to significantly improve the precision of interferometric measurements. This technique is then applied to the Palomar Fiber Nuller instrument at Palomar observatory to constrain the presence of dust and companions in the innermost regions of Vega's stellar environment and to derive stellar angular diameters with very high accuracies. Finally, we introduce an on-going survey that we are pursuing with the AMBER interferometric instrument at the Very Large Telescope (Cerro Paranal, Chile) aiming at detecting sub-stellar companions around young main sequence stars.
La majorité des 500 exoplanètes détectées à l'heure actuelle ont été découvertes soit par vélocimétrie radiale, soit par photométrie de transits. L'imagerie directe de planètes extra-solaires peut cependant donner accès à une multitude d'informations nouvelles telles que leur position orbitale et leur spectre. Toutefois, de telles images sont difficiles à obtenir à cause de la faible séparation angulaire et du grand rapport de flux entre les planètes et leur étoile hôte. Pour ces deux raisons, l'imagerie directe d'exoplanètes s'est limitée jusqu'à aujourd'hui à des cas favorables de planètes géantes très lumineuses orbitant loin de leur étoile. Le présent travail vise à développer les capacités d'imagerie à haute dynamique avec un ou plusieurs télescopes pour la détection et la caractérisation de systèmes planétaires. Dans la première partie de ce manuscrit, nous étudions l'utilisation de télescopes terrestres assistés par l'optique adaptative pour la détection de planètes extra-solaires ainsi que de leur complémentarité avec les instruments spatiaux. Des résultats obtenus avec la Well-Corrected Subaperture du Mt. Palomar sur des systèmes multiples serrés sont présentés pour illustrer cette étude. La seconde partie de ce travail est dédiée à l'interférométrie stellaire et annulante. Tout d'abord, nous présentons une nouvelle technique de réduction de données pour l'interférométrie utilisant les distributions statistiques d'intentsité et de contraste afin d'améliorer de manière significative la précision des mesures interférométriques. Cette méthode est ensuite appliquée au Palomar Fiber Nuller afin de contraindre la présence de poussières et de compagnons dans l'environnement stellaire direct de Vega, et de mesurer plusieurs diamètres angulaires d'étoiles avec une très haute précision. Enfin, nous introduisons un relevé que nous menons actuellement avec l'instrument interférométrique AMBER au Very Large Telescope (Paranal, Chili) visant à détecter des compagnons sub-stellaires autour d'étoiles jeunes.