mardi 3 septembre 2024
La soutenance de thèse d’Émilie Mauduit aura lieu le jeudi 12 septembre 2024 à 14h00 dans la salle de conférence du Château sur le site de Meudon.
Elle sera diffusée en direct sur la chaîne Youtube du LESIA :
« Méthodes pour la détection d’exoplanètes en ondes radio basses fréquences »
Le jury sera composé de :
Les émissions radio liées aux interactions plasma entre étoiles et planètes sont depuis longtemps étudiées dans le système solaire. Il a d’ailleurs été proposé qu’en considérant une interaction flot-obstacle entre les deux objets du système, il est possible de déduire la puissance de l’émission radio à partir de la puissance magnétique incidente (vent solaire magnétisé, champ magnétique planétaire) sur l’obstacle (magnétosphère, tore de plasma, ...). Cette loi d’échelle s’applique à toutes les planètes du système solaire, ainsi qu’à Jupiter et ses lunes. Une partie des exoplanètes découvertes depuis 1995 sont appelées « Jupiter chauds », des géantes gazeuses très proches de leur étoile hôte, et pourraient ainsi présenter des mécanismes d’émission similaires à ceux observés autour de Jupiter. Cependant, bien que ces émissions soient polarisées et potentiellement périodiques, elles sont aussi très probablement transitoires (lentement variable ou sporadique). De plus, même en mettant à l’échelle ces potentielles émissions, les systèmes exoplanétaires étant très éloignés, on s’attend à ce que le signal radio soit d’intensité faible à la Terre. Ce qui expliquerait pourquoi elles n’ont encore jamais été détectées à de telles fréquences.
C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse : comment faciliter la recherche et la détection d’exoplanètes en ondes radio basses fréquences ? Pour répondre à cette problématique, les travaux menés ont eu pour objectif de développer des outils et méthodes pour l’exploitation des données spectres dynamiques (intensité en fonction du temps et de la fréquence) obtenues par le radiotélescope NenuFAR. Ils se divisent en trois parties : la création d’outils (i) permettant une sélection astucieuse des cibles à observer, et (ii) donnant la possibilité d’identifier et d’anticiper la contamination des observations par divers facteurs, et enfin, (iii) le développement de méthodes de détection de signal faible structuré, inspiré des émissions joviennes.
Dans un premier temps, j’ai développé le code PALANTIR (Prediction Algorithm for star-pLANeT Interactions in Radio) pour sélectionner les systèmes exoplanétaires prometteurs observables avec NenuFAR, en fonction de sa sensibilité et de son domaine de fréquences. Ce code est une refonte majeure de travaux antérieurs, améliorés par l’ajout de modèles supplémentaires et plus récents. Il est basé sur de nombreux modèles physiques et lois d’échelles afin de pouvoir, à partir d’une base de données, prédire l’intensité et la fréquence d’une émission radio provenant d’un système donné. En parallèle, des outils d’identification et de simulation des contaminations possibles des observations par des sources extérieures (radio sources intenses, interférences radiofréquences) ont été développés. Ils permettent d’optimiser la planification des observations et leur analyse à posteriori. Enfin, l’analyse des observation radio des émissions Joviennes a servi à développer deux méthodes de détection automatique du signal dans des données de type spectre dynamique. Ces deux méthodes utilisent des techniques de sommation de l’énergie contenue dans l’émission, améliorant ainsi le rapport signal sur bruit et rendant la détection possible dans le cas des exoplanètes. La première méthode permet la détection automatique de signaux sporadiques, périodiques et polarisés circulairement, appelés sursauts millisecondes, qui dérivent dans le plan temps-fréquence. Cette analyse a notamment permis de montrer l’omniprésence de l’accélération Alfvénique des électrons à Jupiter. La seconde méthode s’applique quant à elle à la polarisation linéaire des émissions Joviennes lentement variables. Elle permet notamment de caractériser à distance de la magnétosphère jovienne en utilisant l’effet Faraday et la mesure de rotation, et de retrouver la période synchrone de Io grâce à une analyse en Lomb-Scargle.
