Analyse conjointe des vitesses radiales de HARPS et NIRPS : une application sur le système GJ 3090

Abstract

La caractérisation des exoplanètes orbitant autour des étoiles naines M, qui dominent la population stellaire galactique, est essentielle pour comprendre la diversité des mondes extrasolaires. Leur faible masse rend les vitesses radiales (RV) particulièrement sensibles aux signaux planétaires, permettant d’estimer précisément la masse des planètes et, combinée à leur rayon, d’en déduire leur densité et leur composition interne. Cette thèse présente une analyse approfondie du système GJ 3090 à partir de données RV obtenues avec HARPS (visible) et NIRPS (infrarouge), deux instruments à haute résolution capables d’observations simultanées. Cette complémentarité améliore notre capacité à distinguer les signaux planétaires de l’activité stellaire, un défi majeur pour les étoiles actives comme les naines M. Nous développons un modèle fondé sur un processus gaussien multidimensionnel ajustant simultanément les vitesses radiales et plusieurs indicateurs d’activité. Cette approche permet de contraindre efficacement l’activité stellaire tout en préservant les signaux planétaires authentiques. Deux résultats principaux en découlent : (1) Nous affinons la masse de GJ 3090 b, réduisant son incertitude relative de 22 % à 10 %. Cette détermination précise de la masse est importante, car une meilleure contrainte sur la densité globale de la planète améliorera la fiabilité des analyses de composition atmosphérique. (2) Deux signaux additionnels sont détectés. L’un d’eux est attribué à une nouvelle planète confirmée, GJ 3090 c, et l’autre à une planète candidate sur la base de comparaisons de modèles bayésiens et de tests de probabilité de fausse alarme. Ces résultats soulignent le potentiel des approches multi-instrument et des processus gaussiens multidimensionnels pour la détection et la caractérisation de planètes autour des naines M. Characterizing exoplanets orbiting M dwarf stars, which dominate the stellar population of our galaxy, is essential for understanding the diversity of planetary systems. Their low mass makes radial velocity (RV) measurements particularly sensitive to planetary signals, enabling precise mass estimates which, when combined with planetary radii, yield insights into their density and internal composition. This thesis presents an in-depth analysis of the GJ 3090 system based on high-precision RV data obtained with HARPS (visible) and NIRPS (near-infrared), two high-resolution instruments capable of simultaneous observations. This complementarity improves our ability to disentangle planetary signals from stellar activity, a major challenge for active stars like M dwarfs. We develop a model based on a multidimensional Gaussian Process that simultaneously fits the radial velocities and several activity indicators. This approach effectively constrains stellar activity while preserving genuine planetary signals. Two main results emerge : (1) We refine the mass measurement of GJ 3090 b, reducing its relative uncertainty from 22 % to 10 %. This precise mass determination is important, as a better constraint on the bulk density of the planet will enhance the reliability of atmospheric composition analyses. (2) Two additional signals are detected. One of them is attributed to a new confirmed planet, GJ 3090 c, based on Bayesian model comparisons and false alarm probability tests. These results highlight the power of multi-instrument approaches and multidimensional Gaussian Processes for detecting and characterizing planets around M dwarfs.