Caractérisation d’atmosphères de géantes gazeuses par la spectroscopie à haute résolution spectrale

Abstract

La science des exoplanètes a connu une croissance exponentielle depuis la découverte de la première exoplanète autour d'une étoile de type solaire il y a trois décennies. Grâce à l'avancement de techniques numériques et d'instruments astronomiques, il est maintenant possible de détecter et caractériser l'atmosphère d'exoplanètes avec une précision inégalée. L'une de ces méthodes révolutionnaires exploite la spectroscopie à haute résolution spectrale et la corrélation croisée pour étudier l'atmosphère d'exoplanètes. La spectroscopie à haute résolution permet de résoudre les lignes spectrales des espèces chimiques. Ceci permet de quantifier l'abondance de ces espèces dans l'atmosphère des exoplanètes. Les Jupiter chaudes sont les meilleures cibles pour l'analyse atmosphérique. Celles-ci reçoivent une quantité d'énergie extrême de leur étoile hôte, menant à des processus physiques et chimiques absents dans le Système solaire. Entre autres, les atmosphères de Jupiter chaudes sont principalement composées d'espèces chimiques simples. Ce mémoire présente l'analyse atmosphérique de deux Jupiter chaudes à l'aide de données d'instruments à haute résolution spectrale. L'étude de l'exoplanète HIP 65Ab présentée dans le présent mémoire consiste en la première étude de l'atmosphère de cette planète. Avec la corrélation croisée, accompagnée par la récupération de paramètres, nous avons quantifié les abondances d'eau et de monoxyde de carbone sur le côté jour de la planète. Par la suite, il est possible de spéculer quant à la position de la formation et le scénario de migration planétaire de HIP 65Ab. Le deuxième article consiste en l'étude du spectre d'émission de la Jupiter ultra-chaude WASP-121b. Nous avons détecté de l'eau et le radical hydroxyle (OH) dans l'atmosphère de la planète. Le radical hydroxyle est principalement créé par la dissociation de l'eau, alors il peut agir comme un thermomètre. Nous investiguons un décalage de vitesse du signal de l'eau, qui peut être attribué à une non-uniformité de la distribution de l'eau, à des vents ou à du bruit intrinsèque. Ces articles nous en apprennent davantage sur la composition et la dynamique de la population des géantes gazeuses, ce qui nous renseigne sur les planètes géantes de notre Système solaire. Exoplanetary science has grown exponentially since the discovery of the first exoplanet around a solar-type star three decades ago. Thanks to advances in numerical techniques and astronomical instruments, it is now possible to detect and characterize the atmosphere of exoplanets with unrivalled precision. One such revolutionary method exploits high spectral resolution spectroscopy and cross-correlation to study the atmosphere of exoplanets. High-resolution spectroscopy resolves the spectral lines of chemical species. This makes it possible to quantify the abundance of these species in the atmosphere of exoplanets. Hot Jupiters are the best targets for atmospheric analysis. They receive an extreme amount of energy from their host stars, leading to physical and chemical processes absent in the Solar System. Among other things, the atmosphere of hot Jupiters is mainly composed of simple chemical species. This thesis presents the atmospheric analysis of two hot Jupiters using data from high spectral resolution instruments. The study of the exoplanet HIP 65Ab presented in this thesis consists of the first study of this planet's atmosphere. With cross-correlation, accompanied by a retrieval framework, we have quantified the abundances of water and carbon monoxide on the dayside of the planet. Subsequently, it is possible to speculate on the formation position and planetary migration scenario of HIP 65Ab. The second paper studies the emission spectrum of the ultra-hot Jupiter WASP-121b. We have detected water and the hydroxyl radical (OH) in the planet's atmosphere. The hydroxyl radical is mainly created by the dissociation of water, so it can act as a thermometer. We investigate a velocity shift in the water signal, which can be attributed to non-uniformity in water distribution, winds or intrinsic noise. These articles tell us more about the composition and dynamics in the gas giant population, which in turn tells us more about the giants of our Solar System.