Caractérisation De La Population De Planètes Géantes À Grandes Sépa- Rations Imagerie Différentielle Avec Naco Et SPHERE Au VLT
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THÈSE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE Spécialité : Astronomie & Astrophysique Arrêté ministériel : 7 août 2006 Présentée par Julien Rameau Thèse dirigée par Dr. Anne-Marie Lagrange et codirigée par Dr. Gaël Chauvin préparée au sein de l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble et de l’Ecole doctorale de Physique de Grenoble Caractérisation de la population de planètes géantes à grandes sépa- rations Imagerie différentielle avec NaCo et SPHERE au VLT Thèse soutenue publiquement le 2 octobre 2014, devant le jury composé de : Pr., Claudine Kahane Professeure, Université de Grenoble (France), Présidente Dr., Claire Moutou Directrice de recherche, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (France), Rapporteur Pr., René Doyon Professeur, Université de Montréal (Canada), Rapporteur Pr., Michael R. Meyer Professeur, Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich (Suisse), Examinateur Dr., Christoph Mordasini Chercheur, Institut d’Astronomie du Max Planck (Allemagne), Examinateur Dr., Anthony Boccaletti Chargé de recherche, Observatoire de Meudon/LESIA (France), Examinateur Dr., Anne-Marie Lagrange Directrice de recherche, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (France), Directrice de thèse Dr., Gaël Chauvin Chargé de recherche, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (France), Co-Directeur de thèse Remerciements Astronome, ce mot sort de ma bouche depuis aussi longtemps que mon père m’ap- pelle Dadou, peut être un peu moins, certes, étant donné que c’est le premier mot que j’ai prononcé. Ce mot, je ne l’ai jamais oublié depuis que je suis à l’école. Il est même devenu un objectif. Avec les années d’études avalées petit à petit, ce mot a changé pour devenir astrophysicien ou chercheur en astrophysique. J’ai eu beau passer pour un fou auprès de mes proches, étant données les perspectives de carrière de plus en plus sombres qui se profilaient (profilent !) dans le paysage français. Même mon père me disait souvent "tu ferais mieux de faire plombier, tu es sûr de trouver du boulot et tu gagneras bien ta vie". Mais même dans l’incertitude, j’ai filé droit. Et me voici maintenant docteur en astrophysique :-) Ce statut, je le dois à un grand nombre de personnes que j’ai eu la chance de rencontrer, de côtoyer, de collaborer et il est grand temps de les remercier. C’est toujours délicat d’écrire des remerciements sans que cela ne se termine en une liste de noms qui se suivent dans laquelle l’importance de chacun est perdue au milieu des virgules. Anne-Marie, Gaël, c’est à vous que ces premières lignes sont dédiées mais elles ne peuvent pas à elles-seules tout résumer ! Je vous remercie infiniment de m’avoir accueilli en stage en 2009, puis par la suite en thèse sur un sujet passionnant et excitant et de m’avoir rapidement fait confiance. Je me souviens de nombreuses réunions, discussions, idées qui fusent et qui sont à tester, doutes, erreurs, prises de tête sur le SDI, périodes de rushs, mais aussi exaltations avec HD95 par exemple. Outre vos qualités d’encadrement et scien- tifiques, vous êtes tous deux très emphatiques et travailler avec vous est plus que plaisant et ô combien enrichissant. Merci. La thèse, c’est également tout un tas de collaborations qui enrichissent et apportent des expertises complémentaires. Je pense à Mickaël B. avec qui je travaille depuis 4 ans main- tenant, que j’ai pu harceler pour des plots ou de questions sur les modèles d’atmosphères mais tu as toujours répondu ! Merci à toi et que ça continue ! Merci également à Philippe D., David M., Jean-Charles A., de l’IPAG pour les discussions. Paris fut aussi de la partie avec un grand merci à Anthony B. et Anne-Lise M. pour les prises de tête sur le SDI (décidément !), Raphaël G. aussi pour le rush sur HD95. Parce que la recherche n’est pas limitée à la France, je remercie Julien G. pour son enthousiasme au VLT mais aussi Dimitri M. ; Tiffany M., Matthew K., Vanessa B. pour le mal de tête lors des réunions politiques à Victoria ; Sasha Q., Christoph M., Hubert K. pour le travail que nous avons réalisé ensemble. Cette fin de thèse a été marquée par la soutenance. Je tenais à remercier René Doyon, pour avoir accepté d’être rapporteur, d’avoir fait l’aller-retour express et de m’avoir ac- cepté en post doctorat pour ces deux années à venir ; Claire Moutou, pour avoir relu mon manuscrit avec attention et pertinence ; Claudine Kahanne pour avoir présider ce jury malgré le sujet un peu à côté de son domaine d’expertise ; puis Anthony Boccaletti (encore), Christoph Mordasini et Michael Meyer pour leur participation en tant qu’exa- minateurs. Le comité de suivi des thèses, il est un atout essentiel, là pour suivre le bon déroulement de nos thèses. Merci à POP, à Nicolas pour leur présence et leur volonté. Mais surtout merci à Myriam dont l’empathie est sans égale. Malgré la surcharge de travail, tu as toujours pris du temps pour nous, nous entendre nous plaindre. Je te remercie de t’être occupée de nous. Merci aussi d’avoir relu mon chapitre 3 au milieu des chapitres de Jacques :-) La thèse, c’est aussi de l’enseignement pendant trois ans. Passer de l’autre côté des bancs de la fac était quelque chose qui m’a fait peur au début même si j’ai été tuteur pendant 2 ans juste avant. Mais quel plaisir ! Et ce plaisir, je le dois aussi aux équipes pédagogiques avec qui j’ai enseigné, et les membres marquants dont Fred M. (que j’ai eu en prof. et avec qui c’est passionnant d’enseigner !), Julien D., Estelle M. et j’en passe. L’IPAG est aussi un labo que je commence à bien connaitre grâce à Xavier D. Merci à toi de m’avoir offert mon tout premier stage en astro alors que je n’étais qu’un tout petit étudiant candide de L1. Tu m’as donné l’opportunité de me confronter à la recherche, ce qui m’a permis de me conforter dans ce projet de vie. Et voilà où j’en suis ! La thèse, c’est aussi un environnement avec son lot de personnes que l’on côtoie (un peu trop ? !), que l’on apprécie, que l’on adore et dont on ne peut plus se passer (ou pas !). La liste est longue mais ne doit pas transparaitre comme impersonnelle et ne pas faire de jaloux ! Florian, docteur, sur les bancs de la fac avec moi depuis 8 ans maintenant, pour toutes les bières bues ensemble, prends soin de ma petite voiture ; Jacques, docteur, depuis 4 ans, avec ce nouvel attrait pour le squash, Victoria, et j’espère tant d’autres ; Romane, ah Romane, les potins, le lindy hop, la piscine, la petite cuillère, j’en passe, à bientôt de l’autre côté ; Mikhaël et le besoin d’infos de dernière minute, pour mon nouvel attrait pour le squash malgré les petites corrections ( !) ; Justine et les plaques tectoniques, Justine et le rhum, Justine et tout finalement ; Julien, la Patagonie, Victoria, Sequoia NP, quelle sera la destination suivante ? ; Fabrice, super Fabrice, toujours présent (en soirées j’entends !) ; Simon, Fabien, Thomas, Solenn, Virginie, Antoine, Ali, Francesco (cher cobureau), Alexis (cher confrère) et encore Mickaël depuis ton retour dans ces murs (piscine !) et puis les anciens dont mon cher cobureau Rémi, Vianney, Astrid, Jérémy, Christophe, Illya. Bref, tout ce petit monde qui fait d’une thèse une expérience extra peuplée de sorties bars, cinés... Merci ! Avant d’en finir, un petit mot pour mes amis, Jérémy, Anaïs, Julie, Eric, Cyrielle, Julie qui m’ont supporté et me supporteront encore. Je n’en dis pas plus car vous savez déjà tout le reste ! Je terminerai par remercier mes parents, mes sœurs et le reste de ma famille qui m’ont toujours soutenu dans ce projet afin que je m’épanouisse malgré la distance imposée au cours de mes études (Canada) puis par la suite (Canada encore). iv Résumé La formation, l’évolution et la structure des planètes font partie des grandes probléma- tiques de l’astrophysique moderne. Les planètes géantes ont en effet un rôle majeur car elles possèdent l’essentiel de la masse des systèmes planétaires, influencent l’évolution dy- namique donc la structure finale des systèmes planétaires observés autour des étoiles de la séquence principale, voire leur capacité à habiter la vie. Mon travail de thèse s’inscrit dans une démarche observationnelle qui est essentielle pour apporter des contraintes sur la diversité des systèmes exoplanétaires. Mes premiers projets s’inscrivent dans un programme d’observations sur trois ans, à haut contraste et haute résolution angulaire, avec NaCo au VLT, dédié à la détection de nouveaux compagnons de masses planétaires autour d’étoiles jeunes et proches et possé- dant un disque de débris. J’ai obtenu des observations de HD 142527, une étoile très jeune (≃ 2 millions d’années) entourée d’un disque massif de gaz et de poussières, structuré et présentant une cavité interne dont le rayon excède 150 unités astronomiques. Ces propriétés suggèrent fortement la présence de planètes géantes en formation. Bien qu’aucune planète n’ait été détectée, j’ai placé des contraintes uniques quant à leurs masses maximales, ce qui rejette l’hypo- thèse que les structures aient été créées par un objet plus massif. Le deuxième objet que j’ai étudié peut être considéré comme l’étape évolutive suivante à HD 142527. HD 95086 est une étoile massive (1.6 masse solaire), jeune (17 ± 4 millions d’années) possédant un disque de débris. J’ai découvert un planète géante de 5±2 masses de Jupiter à une distance de ≃ 55 unités astronomiques de HD 95086.