Soutenance d’HDR de Johan Mazoyer le mardi 12 mars 2024

Titre de la soutenance

" Optique active pour l’imagerie d’exoplanètes et de disques de débris "

Résumé

La plupart des grands télescopes actuels sont équipés d’instruments coronographiques. Des coronographes sont aussi en développement pour les ELTs et le télescope spatial Roman, qui analyseront des Jupiters autour d’étoiles proches. Enfin, ils sont au cœur du futur Habitable World Observatory, récemment sélectionné par le Decadal Survey 2020 de la communauté américaine, qui chercheront à détecter des marqueurs d’habitabilité sur des exoplanètes. Pour développer ces instruments, il faut encore relever d’importants défis, qui forment la base de mon travail instrumental. Les coronographes actuels sont des systèmes fixes, optimisés en simulation pour obtenir les meilleures performances pour un système donné. Ils ne prennent donc pas en compte la réalité des instruments : vibrations, imperfections, désalignements et déformations des optiques, évolution de la pupille du télescope. Ma recherche instrumentale se focalise sur la correction active pour le haut-contraste, élément clé de la prochaine génération d’instruments, pour optimiser en temps réel un coronographe donné à la réalité de l’instrument pour lequel il est développé. J’ai appliqué ces techniques en simulation, sur plusieurs bancs optiques et sur des télescopes.

En parallèle de ma recherche instrumentale, je consacre une partie de mon activité à l’analyse d’images coronographiques de disques de débris. L’étude des disques circumstellaires est d’une importance critique pour comprendre les systèmes planétaires. Tout d’abord, l’observation de la poussière circumstellaire, depuis les disques proto-planétaires jusqu’aux disques de débris, analogues de la ceinture de Kuiper, permet d’étudier la formation et l’évolution de ces systèmes. Ensuite, ils présentent des structures complexes (anneaux, spirales, sur-densités locales) dont l’analyse précise a déjà permis la prédiction d’exoplanètes non détectées. Mais au-delà de cette analyse “géométrique”, il est primordial de commencer l’analyse des grains de poussière circumstellaire eux-mêmes : issus de la collision des planétésimaux aussi à l’origine des exoplanètes, les éléments dont ils sont formés sont communs à ceux que nous détecterons à leur surface. Mon apport principal à ce domaine est l’adaptation de méthode de post-processing pour la détection et la caractérisation des exoplanètes aux disques de débris. Ces méthodes sont primordiales pour extraire des informations fiables sur ces objets, au-delà de la simple détection. Ces techniques m’ont permis de corriger les biais spécifiques à ces méthodes et à faire plusieurs analyses multi-instrumentale.

Les aspects instrumentaux et observationnels de mon travail sont complémentaires. À mesure que la complexité des techniques coronographiques augmente, il devient nécessaire pour un observateur de comprendre précisément les limitations de son instrument. À l’inverse, une expérience astrophysique est indispensable pour déterminer les priorités des projets futurs et orienter la recherche instrumentale.