Detection of extrasolar planets via the microlensing method and planetary atmospheres
DÉTECTION DE PLANÈTES EXTRASOLAIRES PAR LA MÉTHODE DES MICROLENTILLES GRAVITATIONNELLES ET ATMOSPHÈRES PLANÉTAIRES
Résumé
In the last 15 years, more than 500 exoplanets have been discovered, revealing systems very different from our solar system. These discoveries have modified our understanding of planetary systems formation and evolution. Nowadays, the two principal challenges are the estimation of planet abundance and the characterization of exoplanets. This thesis examines two different aspects of the exoplanets research : the first and main aspect in this thesis is the detection of exoplanets via the microlensing and it is illustrated by the analysis of 3 events. The second one is the detection of molecules in the atmospheres of exoplanets, with the analysis of a hot Jupiter's atmosphere. Microlensing has led to the detection of 20 exoplanets (published and in preparation), including two super Earth-like planets of 3.2 and 5.5 $M_\oplus$. Even if this number is modest, this technique allows the exploration of regions of parameter space regions that are not accessible to any other methods. We first detail the analysis of a high magnification event and its sensitivity to the presence of a planet. With a star at 5.5 kpc from us, an Earth-like companion orbiting at several AU from its star could have been detected. This detection efficiency analysis has contributed to a larger study that gives an estimate of the abundance of giants in our Galaxy. We then present a planetary event that implies a massive planet orbiting an M dwarf and discuss the low probability of such a system according to the planetary formation theory. Taking into account some higher-order effects, such as orbital motion and parallax, combined with a Bayesian analysis, permits to constrain the dynamics of the system. Moreover, additional adaptive-optics data have been taken and give more constraints on the host star mass. Finally, a cold-Neptune detection in which I participated is presented. On the theme of planetary atmospheres, we present in part 2 the analysis of a hot Jupiter-like planet, HD209458b, and in particular the detection of water in its atmosphere, based on primary transit measurements by Spitzer. I developed an MCMC algorithm adapted to transit light curves to estimate the orbital and physical planet characteristics. These characteristics are then considered as inputs in the atmosphere models. The transmission spectrum of HD209458b is dominated by water absorption.
Au cours des 15 dernières années, plus de 500 exoplanètes ont été détectées, révélant l'existence de systèmes souvent très différents du nôtre. Ces découvertes ont profondément affecté notre compréhension des mécanismes de formation des systèmes planétaires et de leur évolution dynamique. Aujourd'hui, les deux défis principaux sont d'estimer l'abondance des planètes jusqu'aux masses telluriques et d'effectuer la transition de la détection vers la caractérisation des exoplanètes. Cette thèse apporte une contribution sur les deux aspects, détection d'exoplanètes par microlentilles gravitationnelles et de molécules dans les atmosphères. Les microlentilles gravitationnelles ont permis de détecter 20 exoplanètes (publiées ou en cours de publication), incluant deux super-Terres de 3.2 et 5.5 $M_\oplus$. Bien que ce nombre soit modeste, cette technique permet l'exploration de systèmes inaccessibles via d'autres methodes, ayant son maximum de sensibilité au-delà de la limite des glaces. Nous détaillons tout d'abord l'analyse d'un évènement de haute amplification et sa sensibilité à la présence potentielle d'une planète. Avec une étoile à 5.5 kpc du système solaire, un compagnon de type terrestre orbitant à quelques UA aurait pu être détecté. Cette analyse d'efficacité de détection a contribué à une étude plus large visant à estimer l'abondance de planètes au sein de la Galaxie, montrant que les Saturne glacées sont abondantes. Nous traitons ensuite d'un évènement impliquant une planète massive orbitant une étoile naine et discutons de la faible probabilité d'existence d'un tel système selon les théories de formation planétaire du modèle d'accrétion de coeur. La prise en compte d'effets du second ordre dans la modélisation de cet évènement, doublée d'une analyse bayesienne à partir des distributions de vitesse et de luminosité des étoiles de la Galaxie, a permis de contraindre la dynamique du système. Enfin, la découverte d'une planète de type Neptune dont j'ai participé à la détection est présentée. Sur le thème des atmosphères planétaires, nous présentons l'analyse du Jupiter chaud HD209458b basée sur des mesures de transits primaires par Spitzer dans l'infrarouge. J'ai développé un algorithme de type MCMC adapté aux courbes de transits afin d'estimer les paramètres physiques et orbitaux de la planète. Ces paramètres constituent alors des données d'entrée pour les modèles d'atmosphère planétaire. Le spectre en transmission de HD209458b est dominé par l'absorption de vapeur d'eau.