Detection and characterization of exoplanets orbiting M dwarfs with two newnear-infrared instruments : ExTrA and NIRPS.
Détection et caractérisation d'exoplanètes en orbite autour des naines M avec deux nouveaux instruments proche infrarouge : ExTrA et NIRPS
Résumé
Out of the 5322 exoplanets discovered so far, only 665 have been well characterized by measuring precisely both their radius and mass. The combination of transit photometry and high-precision velocity measurements allows to constrain the mean bulk density of the exoplanets and obtain a first-order estimate of their composition and inner structure. Cool, low mass stars are important targets to characterize exoplanets as M dwarfs represent most of the stellar population in our solar neighborhood, and are known to frequently host multiple small exoplanets. Due to the intrinsic faintness of M dwarfs at visible wavelengths, the near-infrared spectral range is preferred to study these cool stars as they emit most of their light in this region of the spectrum. ExTrA, a new near-infrared photometer and NIRPS, a new near-infrared spectrograph, both located at La Silla Observatory in Chile represent a chance to improve our understanding of planetary systems surrounding M dwarfs by measuring with precision both the planetary radius and the planetary mass.During my PhD, I collected all potential exoplanets orbiting M dwarfs observed by the TESS mission, an all-sky survey for transiting exoplanets orbiting bright and nearby stars. From these targets, I scheduled the follow-up observations using the ExTrA facility. Started from the raw data, I generated usable light curves. I then analyzed the light curves to identify any planetary transits and modeled them to obtain the planetary parameters. While M dwarfs are good candidates for exoplanet detection, their stellar companions can cause false positives. This is why additional observations with ground-based instruments are required to confirm the companion's planetary nature, and the combination of observations with TESS in the visible and with ExTrA in the near-infrared turned out to be very useful to validate the planetary candidate and obtain a precise radius measurement. From there, more observations are needed to fully characterize exoplanets. For the different systems I published during my thesis, I gathered and modeled observations from the HARPS and ESPRESSO spectrographs.The NIRPS spectrograph will soon also be able to provide the mass of the exoplanets detected in transits, especially around M dwarfs. I proposed two programs as part of the NIRPS Guaranteed Time Observations. The first program will use radial velocity measurements to complement our ExTrA photometry in order to populate the mass-radius diagram for mid-to-late M dwarfs. The second program attempts to discover additional planets in known systems by calculating the probability of these undetected planets' existence and the cost of detected them with current instruments like NIRPS.The synergies between both near-infrared instruments will allow us to characterize exoplanets orbiting M dwarfs and offer a unique opportunity to study planetary formation and evolution processes around these low-mass, cool, long-lived stars.
Sur les 5322 exoplanètes découvertes à ce jour, seulement 665 ont été bien caractérisées en mesurant précisément à la fois leur rayon et leur masse. La combinaison de la photométrie de transit et des mesures de vitesses radiales de haute précision permet de contraindre la densité moyenne des exoplanètes et d'obtenir une première estimation de leur composition et structure interne. Les étoiles de faible masse sont des cibles importantes pour caractériser les exoplanètes car les naines M représentent la majeure partie de la population stellaire de notre voisinage et sont connues pour héberger de multiples petites exoplanètes. En raison de leur faible luminosité intrinsèque aux longueurs d'onde visibles, le proche infrarouge est privilégié pour étudier ces étoiles froides car elles émettent la plupart de leur lumière dans cette région du spectre. ExTrA et NIRPS, deux nouveaux instruments proche infrarouge, représentent une chance d'améliorer notre compréhension des systèmes planétaires entourant les naines M.Au cours de mon doctorat, j'ai rassemblé toutes les candidats planétaires en orbite autour des naines M observées par la mission TESS, une étude globale du ciel à la recherche d'exoplanètes en transit autour d'étoiles brillantes et proches. À partir de cette liste, j'ai planifié les observations de suivi en utilisant ExTrA. À partir des données brutes, j'ai généré des courbes de lumière utilisables. J'ai ensuite analysé les courbes de lumière pour identifier les transits planétaires et je les ai modélisés pour obtenir les paramètres planétaires. Des observations supplémentaires avec des instruments au sol sont nécessaires pour confirmer la nature planétaire du compagnon car des compagnons stellaires peuvent être à l'origine de faux positifs, et la combinaison d'observations avec TESS dans le visible et avec ExTrA dans le proche infrarouge s'est avérée très utile pour valider le candidat planétaire et obtenir une mesure précise de son rayon. A partir de là, d'autres observations sont nécessaires pour caractériser complètement les exoplanètes. Pour les différents systèmes que j'ai publiés pendant ma thèse, j'ai rassemblé et modélisé des observations des spectrographes HARPS et ESPRESSO.Le spectrographe NIRPS sera bientôt également capable de fournir la masse des exoplanètes détectées en transits, en particulier autour des naines M. J'ai proposé deux programmes dans le cadre du temps garanti d'observations (GTO) de NIRPS. Le premier utilisera des mesures de vitesses radiale pour compléter notre photométrie ExTrA afin de peupler le diagramme masse-rayon pour les naines M moyennes à tardives. Le second vise à détecter des planètes supplémentaires dans des systèmes connus en calculant la probabilité d'existence de ces planètes non détectées et le coût de leur détection avec les instruments actuels comme NIRPS.Les synergies entre ces deux instruments dans le proche infrarouge nous permettront de caractériser les exoplanètes en orbite autour des naines M et offriront une opportunité unique d'étudier la formation et l'évolution des planètes autour de ces étoiles de faible masse, froides et à longue durée de vie.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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