Hyperspectral analysis and imaging from interferometric observations of circumstellar environments
Imagerie et analyse hyperspectrales d’observations interférométriques d’environnements circumstellaires
Résumé
The observation and the characterization of the exoplanets and the circumstellar environment of nearby stars requires instruments with high performances in terms of dynamics and angular resolution. The interferometry offers a solution. In particular, in the nulling interferometry, the flux of the star on the axis of the interferometer is strongly reduced, allowing to reveal fainter structures around it. In this context, the image reconstruction is a fundamental and powerful tool. The advent of the high spectral resolution interferometers such as AMBER, MATISSE and GRAVITY boost the interest in the polychromatic image reconstruction, in order to exploit all the available spectral information.
The goal of this thesis is to develop and improve monochromatic and hyperspectral imaging techniques. The work here presented has two main parts. First, we discuss the performances of the nulling in the context of the inverse problem solving. This part is based on simulations and data collected on the nulling test bench PERSEE. Second, we adapted and developed monochromatic and hyperspectral image reconstruction methods. Then, we applied these methods in order to study the circumstellar environment of two evolved objects, Achernar and η Car, from PIONIER and AMBER observations.
This work provides elements in the field of the image reconstruction form interferometric observations as well as two specific studies on the circumstellar environment of Achernar and η Car.
L’observation des planètes extrasolaires, ainsi que l’étude de l’environnement circumstellaire demandent des instruments très performants en matière de dynamique et de résolution angulaire. L’interférométrie classique et annulante offrent une solution. En particulier, dans le cas de l’interférométrie annulante, le flux de l’étoile sur l’axe de l’interféromètre est fortement réduit et permet ainsi aux structures plus faibles hors axe d’émerger et être plus facilement détectables. Dans ce contexte, la reconstruction d’image est un outil fondamental afin de restituer sans ambiguïté les structures observées. La mise en service d’interféromètres à haute résolution spectrale tels que AMBER, et bientôt MATISSE et GRAVITY, fait de la reconstruction d’image polychromatique une priorité.
Cette thèse a comme objectif de développer et d’améliorer des techniques de reconstruction d’image hyperspectrale. Le travail présenté s’articule en deux parties. En premier, nous discutons le potentiel de l’interférométrie annulante dans le cadre de la résolution du problème inverse. Ce travail repose sur des simulations numériques et sur l’exploitation de données collectées sur le banc interférométrique annulant PERSEE. Ensuite, nous avons adapté et développé des méthodes de reconstruction d’images monochromatique et polychromatique. Ces techniques ont été appliquées pour étudier l’environnement circumstellaire de deux objets évolués, Achernar et η Car, à partir de données PIONIER et AMBER.
Ce travail apporte des éléments méthodologiques sur la reconstruction d’image et l’analyse hyperspectrale. Il contribue par ailleurs à deux études spécifiques sur l’environnement d’Achernar et d’η Car.