Caractérisation d'atmosphères d'exoplanètes par spectroscopie de transit avec le télescope spatial James Webb

 

David Lafrenière

Université de Montréal

 

Domaine : nature et interactions de la matière

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2018-2019

Des milliers d'exoplanètes ont été découvertes au cours des deux dernières décennies, nous permettant d'approfondir considérablement notre connaissance de leur taux d'occurrence et de leurs propriétés générales. Les résultats à ce jour ont stimulé beaucoup d'études pour mieux comprendre comment les planètes trouvées se forment et évoluent, et alimentent notre quête de la vie ailleurs dans la galaxie. Les exoplanètes en transit autour d'étoiles brillantes nous permettent de sonder leur atmosphère et, en utilisant les télescopes spatiaux les plus stables tels que HST et Spitzer, nous avons avons réussi à détecter quelques molécules et à poser les premières contraintes sur les conditions physiques régnant dans les atmosphères d'exoplanètes. Cependant, les observations possibles avec les instruments actuels sont sujettes à d'importantes limites. Le télescope spatial James Webb (JWST, début mi-2019), avec sa plus grande surface collectrice, meilleure stabilité, plus grande couverture de longueur d'onde et plus grande résolution spectrale, révolutionnera la caractérisation de l'atmosphère des exoplanètes en transit. Pour la première fois, nous aurons une vision globale (0,6-11 microns) et précise des atmosphères des exoplanètes en transmission et en émission, ce qui nous permettra de déterminer avec précision leur composition et leurs propriétés physiques. Une meilleure compréhension de l'atmosphère des exoplanètes est également essentielle pour identifier les mondes potentiellement habitables, et habités.

Étant membres de l'équipe de l'instrument NIRISS, l'un des quatre instruments de JWST, nous avons un accès privilégié à du temps d'observation garanti avec JWST. Au cours de la première année d'opération de JWST, nous utiliserons 200 heures de notre temps garanti pour acquérir, avec NIRISS, des observations de spectroscopie de transit et d'éclipse de 16 exoplanètes couvrant la gamme complète de températures d'équilibre (300-3000 K) et de masses (1 MEarth-10 MJup) pour les planètes dont l'atmosphère peut être caractérisée. Nos observations mesureront l'abondance des molécules et des aérosols présents dans l'atmosphère des exoplanètes et détermineront leur structure verticale et horizontale en température. Cela nous permettra d'aborder des questions fondamentales telles que le processus de formation des planètes et leur évolution ultérieure, la présence et les caractéristiques des nuages ​​particulaires dans l'atmosphère des planètes et les effets de chimie hors équilibre qui pourraient être en jeu dans leur atmosphère. Quatre de nos cibles sont rocheuses et, pour celles-ci, nous voulons placer les premières contraintes sur le poids moléculaire moyen - et donc la composition globale - de leur atmosphère. En particulier, nous observerons plusieurs transits des planètes terrestres potentiellement habitables TRAPPIST-1 f & g, visant à faire la première détection de l'atmosphère d'une planète habitable.

Le financement demandé ici permettra à un minimum de 4 étudiants au doctorat de se joindre à notre équipe de chercheurs séniors et post-doctorants pour ce projet; ces étudiants sont essentiels pour que notre équipe maintienne le leadership de ce projet novateur et publie un maximum de ses résultats scientifiques en tant que premiers auteurs. Ces étudiants recevront également une formation unique sur l'utilisation de JWST, ce qui les positionnera extrêmement bien pour le début de leur carrière de recherche professionnelle qui suivra.