Anne Boucher, étudiante à l’iREx à l’Université de Montréal, a soumis sa thèse de doctorat au printemps 2022. Elle résume ici le projet de recherche qu’elle a mené dans le cadre de son doctorat.
Pendant mon doctorat, je me suis intéressée à l’atmosphère des exoplanètes géantes gazeuses qui orbitent très près de leur étoile. Grâce à une technique qui s’appelle la spectroscopie de transmission, j’ai étudié la composition chimique de leur atmosphère, qui donne beaucoup d’informations sur leurs mécanismes de formation et d’évolution. L’étude détaillée de ces exoplanètes, qu’on appelle parfois des Jupiters chaudes ou des sous-Saturnes chaudes, permet de mieux comprendre les processus physiques, chimiques et dynamiques qui gouvernent l’atmosphère de ces objets astronomiques.
Ce sont les données de l’instrument SPIRou, un spectropolarimètre à haute résolution qui opère dans l’infrarouge proche et installé au télescope Canada-France-Hawaii, que j’ai principalement utilisées. Nous avons d’abord observé HD 189733 b, une des exoplanètes les plus étudiées, pour bâtir les codes d’analyse. En exploitant la spectroscopie de transit, nous avons pu confirmer la présence d’eau et déterminer son abondance. Les résultats obtenus, cohérents avec les études précédentes, indiquent que l’atmosphère de HD 189733 b est relativement claire (sans nuages) et que la planète se serait formée loin de son étoile, où il fait assez froid pour trouver l’eau sous forme de glace. Un fort décalage vers le bleu de l’absorption par l’eau a été observé, ce qui pourrait être une conséquence de la présence de forts vents dans l’atmosphère.
Représentation artistique de l’exoplanète HD 189733 b, crédit : NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)
Ensuite, nous avons étudié WASP-127 b, une exoplanète moins massive, mais beaucoup plus grosse que Saturne. Une étude récente qui exploitait des données des télescopes spatiaux Hubble (HST) et Spitzer n’a pas pu différencier entre deux scénarios atmosphériques : un faible rapport carbone-à-oxygène (C/O) avec peu de monoxyde de carbone (CO), ou un fort rapport avec beaucoup de CO. Comme ce rapport aide à déterminer comment une planète s’est formée, on a décidé d’utiliser SPIRou, car cet instrument permet d’observer une bande de CO non accessible à HST et Spitzer. Grâce à ces données, on a pu déterminer qu’il y avait très peu de CO et un C/O très faible, ce qui a rarement été observé, mais qui est supporté par certains scénarios de formation plus réalistes qui varient dans le temps. Les données SPIRou ont également confirmé la présence d’eau et montrent un signal cohérent avec de l’hydroxyle (OH), qui doit être reconfirmé parce que l’exoplanète est trop froide pour facilement expliquer ce résultat. Les données de SPIRou ont également confirmé la présence d’eau et suggèrent une détection possible d’hydroxyle (OH), une détection inattendue puisque l’exoplanète est trop froide.
Ces travaux ont permis de développer notre expertise en spectroscopie de transit à haute résolution dans l’infrarouge proche à l’Université de Montréal, notamment avec SPIRou, permettant ainsi d’explorer les conditions atmosphériques des Jupiters et sous-Saturnes chaudes. Cette première analyse conjointe faite sur des données à haute et faible résolution en transmission a permis d’obtenir de meilleures contraintes sur les paramètres atmosphériques. Cette méthode s’avère un outil très puissant pour l’étude des atmosphères et le sera encore plus avec les capacités révolutionnaires du télescope spatial James Webb.
Plus d’information
Anne a fait son doctorat à l’Université de Montréal entre 2016 et 2022, sous la supervision de David Lafrenière. Sa thèse sera disponible sous peu.
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