Soutenance de thèse de Victor MARCHIORI le lundi 16 septembre 2019

Titre de la thèse

"Extraction photométrique en vol des étoiles de la mission PLATO : Masques optimaux pour la détection de planètes extra-solaires"

Directeur de thèse

Réza SAMADI

Résumé

PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO) est une mission scientifique spatiale européenne dédiée à la sismologie stellaire et à la recherche d’exoplanètes, et dont le développement est coordonné par l’Agence Spatiale Européenne. Avec un intérêt majeur sur des planètes du type terrestre située dans la zone habitable des étoiles du type solaire de la séquence principale, cette mission repose sur de la photométrie de très haute précision et exige une très grande stabilité des mesures. Elle s’appuie sur des techniques bien éprouvées : la méthode de transits pour la détection des planètes, suivie de mesures de vitesses radiales réalisées au sol, et l’analyse des oscillations stellaires pour la caractérisation des leurs étoiles hôtes. Grace à son très large champ de vue couvrant plus de deux mille dégrées carrés du ciel, l’instrument PLATO sera capable d’observer plusieurs centaines de milliers d’étoiles de magnitude apparente inférieure à treize dans le visible, et de détecter des milliers de systèmes planétaires. Par ailleurs, en raison des contraintes télémétriques du satellite, l’extraction photométrique de la majorité des étoiles devra être effectuée à bord en s’appuyant sur des méthodes optimisées. Pour autant, la méthode d’extraction photométriques par masques a été adoptée pour sa faisabilité compte-tenu des contraintes à bord. Dans ce contexte, la problématique de développement des masques photométriques optimaux représente le cœur du travail de recherche présenté dans cette thèse. Dans les missions précédentes de la même catégorie de PLATO, à savoir CoRoT, Kepler et TESS, des masques photométriques ont été conçus selon une approche reposant uniquement sur la minimisation du rapport bruit sur signal, car la sensibilité à laquelle un transit planétaire peut être identifié, dans une courbe de lumière, est fortement corrélée à son niveau de bruit. En revanche, plus il est facile d’identifier une planète, en raison d’un niveau de bruit suffisamment faible, plus élevée est la probabilité que des objets en arrière-plan entrant dans la scène (par exemple des systèmes binaires reproduisant des vrais transits planétaires) soient détectés. Étant donné que la plupart des étoiles-cible de PLATO n’auront pas des images au sol pour l’identification des faux positifs, une conception de masques photométriques reposant uniquement sur la sensibilité de détection des vrais transits planétaires, sans faire suffisamment attention aux potentiels faux positifs, n’est donc pas forcément la meilleure stratégie. Pour vérifier cette hypothèse, deux métriques scientifiques ont été introduites nous permettant de quantifier directement la sensibilité d’un masque à la détection des vrais, d’une part, et de faux transits planétaires, d’autre part. Ainsi, le masque optimal a été défini comme étant celui qui donne le meilleur compromis entre ces deux métriques. Cette approche, originale à cette thèse, s’est avérée décisive pour la détermination d’un modèle de masque statistiquement capable de détecter des planètes de façon quasi-optimale, tout en étant substantiellement moins sensible aux faux positifs. Globalement, ces travaux constituent une étape importante dans la conception des chaînes de traitement des données bord et sol de la mission PLATO, ainsi que pour ses algorithmes de détection et de caractérisation des transits planétaires.