Analyse hyperspectrale pour les observations interférométriques de matière exozodiacale.
Proposants :

R. Petrov & F. Millour, Observatoire de la Côte d’Azur

+33 492 00 30 68
Sujet :

Pour un observateur lointain de notre système solaire, la lumière zodiacale serait la source la plus brillante après le soleil. Le niveau de lumière exozodiacale en « zodi » (1 zodi pour un système identique au notre) est déterminant pour la possibilité de détecter et de caractériser des planètes extra solaires avec toutes les techniques à haute résolution angulaire depuis le sol ou l’espace, de la coronographie mono pupille à l’interférométrie à plusieurs ouvertures. La lumière exozodiacale provient des débris, plus ou moins transformés, de la formation du système stellaire et planétaire. Sa structure est fortement affectée par la présence de planètes à divers stades d’évolution. En plus de son effet sur les méthodes d’observation de planètes extra solaires, elle a un important intérêt scientifique propre comme marqueur de l’évolution de systèmes planétaires, comme cela a été observé avec le HST, SPITZER et le VLTI (voir par exemple Absil et Mawet 2010). Nous aurons accès à différents niveaux de mesure sur les disques exozodiacaux avec les instruments existants ou prévus sur le VLTI (100 zodis pour MATISSE), le LBT et l’ELT. Toutefois, la mesure à mieux qu’un zodi près demande des missions spatiales dédiées comme PEGASE ou FKSI (Defrère et al, 2008). Pour les évaluer, le CNES a financé le banc de test PERSEE pour « Pegase Experiment for Research and Stabilization of Extreme Extinctions » qui est actuellement exploité à l’Observatoire de Paris- Meudon. Il s’agit d’une simulation aussi réaliste que possible de toutes les perturbations affectant un interféromètre annulant spatial. PERSEE a permis d’obtenir des niveaux et des stabilités d’extinction record sur une source ponctuelle. Notre laboratoire vient de l’équiper d’un nouveau module source capable de simuler un disque exozodiacal. En collaboration avec Bill Danchi (NASA), nous injecterons aussi dans PERSEE les perturbations caractéristiques de FKSI pour évaluer les performances de ce projet d’interféromètre à deux ouvertures sur une poutre déployable de 16 m.
La caractérisation de structures de faible contraste dans un disque exozodiacal avec un interféromètre à petit nombre d’ouvertures est un problème inverse délicat. Dans ce domaine, nous avons récemment démontré la puissance d’une approche « hyper spectrale » qui magnifie les possibilités de reconstruction d’image ou d’ajustement de modèles en exploitant simultanément toutes les longueurs d’onde d’un large domaine spectral (Millour et al, 2011). On bénéficie alors pleinement de toutes les mesures différentielles d’intensité, de phase et de visibilité, plus riches et mieux calibrées que les mesures individuelles. L’étude de FKSI a démontré que cette approche relaxait fortement les contraintes techniques, mais une analyse complète pour un disque présentant des structures fines reste à faire. Notre méthode hyper spectrale a été testée en spectro-interférométrie classique dans un intervalle spectral réduit (la bande K) et pour des images avec des dynamiques de l’ordre de 10.
Les étapes de cette thèse comprennent : i) une adaptation de l’analyse hyper spectrale à un spectro- interféromètre annulant ; ii) l’exploitation d’un très large domaine spectral (5 à 15 μm) ; iii) la prise en compte de contraintes astrophysiques, comme par exemple des relations entre la distance à l’étoile et le spectre émis par un débris ; iv) une évaluation finale des performances de concepts comme PEGASE ou FKSI pour la caractérisation de structures à très faible contraste (plus de 10000) dans les disques exozodiacaux, dont des planètes extra solaires ou leurs signatures. Des applications sur le VLTI et sur l’ELT des méthodes développées seront envisagées. Le travail reposera sur des simulations numériques nourries de modèles instrumentaux, de modèles de disques exozodiacaux qu’on pourra récupérer ailleurs mais qu’il faudra adapter et sur les données fournies par le banc PERSEE, sur lequel méthodes et performances seront aussi validées, notamment grâce au nouveau module source de simulation de lumière exozodiacale. La thèse sera faite à Nice, avec des missions à Paris pour exploiter le banc PERSEE.
Le thèsitif aura accès au banc PERSEE et à des données VLTI et CHARA. Il bénéficiera de l’expertise de groupes travaillant sur la modélisation de disques de débris et sur l’analyse hyper spectrale dans un contexte VLTI plus classique.