Infrared observations of circumstellar disks and exo-planets
Observations en infrarouge de disqus circumstallaires et d'exoplanètes
Abstract
Summary The first mid-infrared (5-25 µm) imaging detectors have appeared in the 90's. Since the properties of the astrophysical ob jects are relatively poorly known at these wavelength, this domain had a quite large potential to make new scientific discoveries on warm (100-500 K) or relatively embedded ob jects. This manuscript describes my work in research during the last ten years in the areas of mid-infrared instrumentation on large ground-based telescopes and the associated astrophysical applications such as the observation of of protoplanetarey circumstellar disks around Herbig Ae pre-main-sequence stars. In particular the thermal imaging of these disks at high angular resolution (0.25-1.0 arcsec) has permitted a careful study of their large-scale geometry (30-500 AU). The variety of the observed geometries shows that each one of these disks has its own particularities; we are just starting to being able to distinguish them in terms of evolutionary status. Furthermore, several peculiar structures observed such as bright rings in the mid-IR could be in direct link with the process of planetary formation in these disks. The last chapter deals with the scientific perspectives regarding the observations in the mid-IR range from the ground, in link with the exo-planetology sciences. I show that a mid-IR instrument mounted on a Extremely Large Telescope will have the ability to detect and characterize the closest (d< ∼20 pc) extra-solar planets. In addition such an instrument will feature unique capacities to study the planetary formation process in protoplanetary disks.
Résumé Les premiers d´etecteurs aptes `a faire de l'imagerie dans le domaine de l'infrarouge thermique (5-25 µm) depuis le sol sont apparus dans les ann´ees 90. Comme nous connaissons relativement mal les ob jets astrophysiques `a ces longueurs d'onde, il y a avait l`a un tr`es fort potentiel de nouvelles d´ecouvertes sur les ob jets “ti`edes” (100-500 K) ou faiblement enfouis. Ce manuscrit d´ecrit mes travaux de recherche durant les dix derni`eres ann´ees dans les domaines de l'instrumentation infrarouge thermique sur grand t´elescopes au sol et les applications astrophysiques centr´ees essentiellement sur de domaine de l'observation de disques circumstellaires autour d'´etoiles de pr´e-s´equence principale de type Herbig Ae. En particulier, l'imagerie infrarouge `a haute r´esolution angu- laire de ces disques (0.25-1.0 arcsec) m'a permis d'en ´etudier la g´eom´etrie `a relativement grande ´echelle (30-500 UA). La diversit´e de g´eometries rencontr´ee montre que ces disques ont chacun leurs particularit´es et que l'on commence aujourd'hui `a ˆetre capables de mettre en ´evidence leurs processus ´evolutifs. En outre, certaines structures observ´ees, comme des anneaux brillants d'´emission, pourraient ˆetre en lien ´etroit avec le processus de formation plan´etaire. Le dernier chapitre est consacr´e `a l'´etude des perspectives scientifiques concernant l'observation en in- frarouge moyen depuis le sol en lien avec le domaine de la plan´etologie. Je montre qu'un instrument infrarouge moyen install´e sur un Extremely Large Telescope aura la capacit´e de d´etecter et de caract´eriser les plan`etes g´eantes extra-solaires les plus proches (d< ∼20 pc). En outre, un tel instrument pr´esentera des capacit´es uniques pour ´etudier la formation plan´etaire dans les disques protoplan´etaires.