Détection et caractérisation spectrale exoplanétaire par interférométrie annulante : de la scène astrophysique à l'estimation temps-réel

Detection and characterisation of extrasolar planets through nulling interferometry : from the astrophysical scene to the real-time estimation

• Auteur / Autrice : Adrian Belu
• Direction : Farrokh Vakili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exobiologie

Exoplanètes

Traitement du signal

Astronomie

Résumé

L’interférométrie annulante vise la détection de biosignatures dans le spectre de planètes extrasolaires. Elle produit un signal dispersé sur environ 30 canaux spectraux, de 5 à 20 μm, et modulé temporellement sur des semaines. Le problème inverse de l’extraction des paramètres des éventuelles planètes à partir de ce signal est déterminant pour dimensionner des missions spatiales comme Darwin ou TPF-I. Cette thèse place l’interférométrie annulante dans le contexte général des différentes approches en cours sur les interféromètres. La juxtaposition des différentes sources de bruit dans le champ d’un interféromètre annulant requiert des calibrations préalables. J’établis tout d’abord une méthode spectroscopique pour les données d’interférométrie annulante à partir du sol, qui estime la quantité de poussière exozodiacale (part d’une étude Phase A). Plus généralement, la validation globale du modèle de ces sources est un prérequis pour le traitement du signal. Je mène une étude astrophysique des scènes de système exoplanétaire probables, à partir des données et modèles disponibles à ce jour (Article Astron. & Astrophy, 2007). J’ai aussi développé une approche temps réel d’une méthode Bayésienne apparentée-CLEAN nommée FITTEST (Thébaut et Mugnier 2006, Mugnier et al. 2006). Ceci permet de proposer des relaxations sur le modèle instrumental. On étudie enfin le lien entre les rapports signal-à-bruit astrométriques et photométriques. Ce travail a été partiellement mené dans le cadre d’un consortium industrie-organismes de recherche, pour la réponse à un Appel d’Offres de l’Agence Spatiale Européenne, et lors de l’exécution du contrat avec le JMMC (en cours).

Nulling interferometry aims at detecting biosignatures in the spectrum of exoplanets. It will yield a signal dispersed over ~30 bins, between 5 to à 20 μm, and temporally modulated for weeks. The inverse problem of extracting the parameters of putative exoplanets from this signal is critical for the dimensioning of space missions like DARWIN of TPF-I. This thesis places nulling interferometry in the general frame of the various approaches underway in astronomical interferometry. The juxtaposition of different noise sources in the field-of-view of the interferometer requires preliminary calibrations. I first evaluate a spectroscopic method for ground nulling data, which estimates prerequisite for signal processing. I conduct an astrophysical study of the likely exoplanetary system scenes, from present data & models (refereed in Astron. & Astrophy, 2007). I then developed a real-time approach of a Bayesian, CLEAN-like signal processing technique called FITTEST (Thiébaut & Mugnier 2006). This enabled to relax constraints on the modelling of the instrument, and to investigate the link between astrometric and photometric signal-to-noise ratios. This work was partially conducted within the frame of an industry-academia consortium, answering a related ESA ITT and conducting the subsequent contract (in progress).