La mission spatiale PLATO : Photométrie à double ouverture et décalage du centroïde pour détecter les faux positifs

The PLATO space mission : Double-aperture photometry and Centroid Shifts to detect False Positives

• Auteur / Autrice : Carlos Fernando Gutierrez Canales
• Direction : Réza Samadi, Aaron Birch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 18/02/2025
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres en cotutelle avec Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (2004-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 2002-2024)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Angonin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Réza Samadi, Aaron Birch, Magali Deleuil, Nadège Meunier, David Brown
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Magali Deleuil, Nadège Meunier
• DOI : 10.70675/007307a0z1263z4714zaa38z52902f92569e

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photométrie astronomique

Passages (astronomie)

Mots clés libres

Plato

Astrophysique instrumentale

Photométrie

Décalage du centroïde

Faux transits planétaires

Plato

Instrumental astrophysics

Photometry

Centroid shift

False planetary transits

Résumé

La mission PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) est la mission M3 de l’Agence spatiale européenne(ESA) dans le cadre de son programme Cosmic Vision (2015-205). PLATO sera capable de détecter des exoplanètes en utilisant les transits ainsi que de caractériser les étoiles hôtes des exoplanètes grâce à l’astérosismologie. En raison de la luminosité des cibles d’PLATO, c’est la première mission spatiale à inclure un programme d’observation spectroscopique de suivi au sol pour caractériser les atmosphères des exoplanètes et mesurer les masses planétaires à l’aide de mesures de la vitesse radiale (VR). En fait, les cibles d’PLATO sont divisées en plusieurs échantillons en fonction de l’analyse ultérieure à laquelle elles seront soumises. Les échantillons stellaires PLATO sont : P1, P2, P4 et P5, l’échantillon P5 étant le plus important d’entre eux. Cela signifie qu’PLATO observera des centaines de milliers d’étoiles. Pour cette raison et en raison du budget de télémétrie de la mission, les mesures photométriques de la plupart des cibles P5 doivent être effectuées à bord. Pour ce faire, une photométrie basée sur l’ouverture a été adoptée. Cependant, des signaux de transit de type planétaire provenant d’étoiles d’arrière-plan peuvent également être détectés par une ouverture donnée.Ces événements sont appelés faux positifs (FPS) et leur étude est le point principal de cette thèse. Étant donné que les confirmations RV au sol ne peuvent pas être effectuées pour un grand nombre de cibles, les méthodes embarquées de détection des PF sont obligatoires. Une méthode classique de détection des FP est la méthode du centroïde. En outre, dans cette thèse, nous présentons une nouvelle procédure de détection des FP appelée photométrie à double ouverture. Nous l’avons présentée dans ses deux versions : masques étendus et masques secondaires. Nous avons étudié l’efficacité des deux méthodes dans le contexte de PLATO afin de trouver la meilleure option pour la mission. Nos résultats montrent que la méthode du centroïde est, en moyenne, la méthode la plus efficace pour détecter les PF pour PLATO. Cependant, la photométrie à double ouverture peut également être utilisée en raison de son efficacité comparable et de son coût moindre en termes de ressources embarquées. Enfin, nous mentionnons qu’il s’agit du premier travail où l’efficacité globale de la méthode du centroïde a été évaluée. En outre, cette thèse est un travail important pour le développement actuel de la mission PLATO, en particulier pour les segments de pipeline au sol et à bord consacrés à la détection correcte des véritables transits planétaires. Cependant, d’autres études sur la façon dont les masques étendus peuvent être obtenus de manière plus optimale seraient utiles.

The PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) is the European Space Agency (ESA) M3 mission for itsCosmic Vision Program (2015-205). PLATO will be able to detect exoplanets using transits as well as to characterize the exoplanet hosting stars through asteroseismology. Due to the brightness of PLATO targets, it is the first space mission to include an on-ground spectroscopic follow-up observation program to both characterize exoplanet atmospheres as wellas to measure planetary masses with radial velocity (RV) measurements. In fact, PLATO targets are divided into several samples depending on the further analysis they are going to be subjected to. PLATO stellar samples are: P1, P2, P4 andP5, being P5 the largest of them. This implies that PLATO will observe hundred of thousand of stars. Thanks to this andto the mission telemetry budget, photometric measurements for most P5 targets have to be performed on-board. For this purpose aperture-based photometry was adopted. However, planetary-like transit signals coming from background starscould also be detected by a given aperture. Such events are called False Positives (FPs) and their study is the main pointof this thesis. Given that on-ground RV confirmations cannot be performed for a big number of targets, on-board methodsfor FP detection are mandatory. A classical method for FP detection is the centroid method. Additionally, in this thesis we present a novel procedure for FP detection called double-aperture photometry. We introduced it in its two versions:extended and secondary masks. We studied the efficiency of both methods in the context of PLATO in order to find thebest option for the mission. Our results show that centroid method is, in average, the most efficient method to detectFPs for PLATO. However, double-aperture photometry can be used as well given its comparable efficiency and less costin terms of on-board resources. We finally mention that this is the first work where the overall efficiency of the centroid method has been assessed. Furthermore, this thesis is an important work for the current development of the PLATO mission, specially for the on-ground and on-board pipeline segments devoted to the correct detection of true planetaryt ransits. However, further studies about how extended masks can be obtained in more optimal ways would be good.