LESIA - Observatoire de Paris

Nouvelles possibilités d'analyses atmosphériques avec Monte Carlo

2024-12-03T15:31:23Z

Gone with the stellar wind : characterizing atmospheric escape in exoplanets

2024-11-26T13:27:55Z

Some exoplanets orbit so close to their star that their atmosphere can be partially “blown away” by intense stellar radiation. This phenomenon of atmospheric escape plays a key role in planetary evolution, shaping the structure of the upper atmosphere. Photo-evaporation may even lead to the formation of super-Earth planets through the complete evaporation of mini-Neptunes' atmospheres. In recent years, the study of the metastable helium triplet in the infrared (1083.3 nm) has made it possible to probe atmospheric escape processes from the ground using high-resolution spectrographs, enabling unprecedented measurements. We analyzed the transits of 15 exoplanets observed with SPIRou (CFHT, R=70,000), searching for helium signatures to characterize these atmospheric losses. In this seminar, I will present the physical processes at play in these extreme environments and the analytical tools and models we developed to interpret our observations.

The talk will be available via Zoom at : Zoom Link.

The Hubble Tension : Recent Results from HST and JWST by the SH0ES Team

2024-11-20T15:55:35Z

The 5-sigma tension between the local measurement and the early universe prediction of the Hubble constant (H0) may be the most exciting development in modern cosmology, pointing towards the possibility of new physics beyond lambda-CDM. In my talk, I will present the latest H0 measurement by the SH0ES team, based on the Cepheid and Type Ia supernova distance ladder, and will discuss recent improvements from Gaia, HST and (...)

- Saison 2024-2025

Changing disc compositions via internal photoevaporation

2024-06-25T08:33:53Z

The chemical evolution of protoplanetary discs is not fully understood. One factor influencing the distribution of disc material is the inward-drift and evaporation of pebbles that enriches the inner disc with vapour. In particular, it is first enriched with water vapour, resulting in a low C/O ratio, before carbon-rich gas from the outer disc elevates the C/O ratio again. However, it is unclear how internal photoevaporation, which carries away gas and opens gaps that block inward-drifting pebbles, affects the chemical composition of the disc.

To study these effects, we use a semi-analytical 1D disc model. The code chemcomp includes viscous evolution and heating, pebble growth, drift, evaporation and condensation, and a simple chemical partitioning model.

We show that internal photoevaporation plays a major role for the (chemical) evolution of protoplanetary discs : As it opens a gap, inward-drifting pebbles are stopped and cannot contribute to the volatile content any more. Additionally, gas from the outer disc is carried away by photoevaporative winds. Consequently, the C/O ratio is low. In contrast, gaps opened by giant planets allow the gas to pass, resulting in an elevated C/O ratio, similar to viscous discs without internal photoevaporation. This allows observational differentiation between these two scenarios when measuring the C/O ratio, implying that the cause of gap structures can be inferred. In the case of a photoevaporative disc, we additionally find an elevated water content in the inner disc as the water vapour and ice undergo a cycle of evaporation/re-condensation, preventing its inward accretion onto the star.

Toward Multiview-Multispectral Sensing from the Martian Moons eXploration Spacecraft : Imaging Ryugu Samples with the Laboratory OROCHI Simulator

2024-06-21T12:44:49Z

The JAXA Martian Moons eXploration (MMX) mission will address the question of the origin of Phobos and Deimos by launching a spacecraft to the Mars system in 2026, performing dedicated surveys of the moons, and by collecting a sample from the surface of Phobos and returning it to Earth in 2031. OROCHI is a wide-angle visible-to-near-infrared (VNIR) 8-channel 8-camera multispectral imaging system for MMX, with a key objective of characterising the surface spectral diversity of the moons from orbit, during descent, and once landed on the surface of Phobos. Operating a new imaging system in a new environment requires preparation, but the development timelines and protections required of spaceflight hardware rarely allow for extensive ground-based operation trials to be performed with the final Flight Model of an instrument. In preparation for multiview and multispectral imaging with the MMX spacecraft from the surface of Phobos, we have developed a laboratory simulator of the MMX OROCHI multispectral imager (LOROS), and have used it to image pristine grains of asteroid Ryugu collected in aggregate as an analogue of the surface scattering properties of Phobos, at the JAXA Extraterrestrial Sample Curation Centre (ISO-6 Cleanroom). We describe LOROS and demonstrate equivalent performance to OROCHI, and present the results of multi-phase multispectral imaging of the Ryugu C9003 aggregate sample. We discuss the implications of the surface bidirectional-reflectance distribution function on near-field imaging with the unique 8-camera 8-channel configuration of OROCHI, in the context of resolving the subtle VNIR features expected of Phobos.

Unraveling the opposite spectral evolutions on Ryugu and Bennu

2024-06-11T09:08:36Z

Primitive asteroids may retain the record of volatile-rich planetesimals formed during the early solar system evolution. Our understanding of their diversity relies heavily on ground-based telescope observations of visible spectra. However, the interpretation of the featureless visible spectra is often challenging. Comparing two near-Earth primitive asteroids Ryugu and Bennu encountered by Hayabusa2 and OSIRIS-REx is crucial in this regard because their visible spectra differ : Ryugu has a reddish color (Cb-type) while Bennu is blue (B-type). Despite the spectral difference, recent analyses of samples returned from Ryugu and Bennu indicate that they are both consistent with low-petrologic-type carbonaceous chondrites, suggesting that their compositions may not differ as much as previously assumed. So, what makes the spectra of primitive asteroids different ?

To address this question, we compared the spectral and photometric properties of Ryugu and Bennu in the 0.48–0.85 μm wavelength range using data from both remote sensing and sample analyses. The precise comparison of the two asteroids was made possible by cross-calibrating the two remote-sensing instruments onboard Hayabusa2 and OSIRIS-REx. We show that the spectral distributions of craters on Ryugu and Bennu follow a common trend line in the reflectance–spectral slope diagram. In addition, the spectra of fresh craters on both asteroids are indistinguishable within the cross-calibration accuracy. The findings suggest that Ryugu and Bennu initially had similar visible spectra, but they evolved into spectrally distinct asteroids by processes such as (1) solar wind/micrometeorite bombardment, (2) solar heating, and (3) grain size/porosity evolution. We obtained multiple lines of evidence suggesting that the most plausible process may be (3). For instance, the spectral difference between coarse ( 1 mm) and fine (<300 µm) grained Ryugu samples qualitatively aligns with the observed spectral evolution trend. Our model calculation shows that such opposite evolution of grain size/porosity may be simply explained by their difference in asteroid size. This hypothesis implies that asteroids with different spectral types can actually have similar compositions, and thus Ryugu/Bennu-like materials may be more widespread in the solar system than previously assumed.

Propagation of Solar Energetic Particles in 3D MHD Simulations of the Solar Wind

2024-05-27T09:26:43Z

We propagate relativistic test particles in the field of a steady three-dimensional MHD simulation of the solar wind. We use the MPI-AMRVAC code for the wind simulations and integrate the relativistic guiding center equations using a new third-order accurate time integration scheme to solve the particle trajectories. Diffusion in velocity space, given a particle-turbulence mean free path λ∥ along the magnetic field, is also included. Preliminary results for 81 keV electrons injected at 0.139 AU heliocentric distance and mean free path λ∥ =0.5 AU are reported. Pitch angle distribution are in a good qualitative agreement with measurements at 1 AU. For these electrons, an energy loss of roughly 10 % is observed, quasi-exclusively due to the curvature of the magnetic field.

Planet-debris disc interactions : The role of disc gravity and observational implications

2024-05-07T08:33:09Z

Main-sequence stars are commonly surrounded by debris discs analogous to the Solar System's asteroid and Kuiper belts. High-resolution observations of debris discs frequently reveal a variety of structures such as gaps, spirals, and warps. Most existing models for explaining such structures focus on the role of planets, ignoring the gravitational effects of the disc itself. This assumption, however, may not always be justified, especially since debris discs could contain tens of Earth masses in planetesimals. In this talk, I will present results showing the importance of disc self-gravity in two regimes. First, I will demonstrate that the secular interactions between a single planet and an external debris disc can sculpt a wide gap within the disc. This happens due to secular apsidal resonances, which, somewhat contrary to naive expectations, occurs when the disc is less massive than the planet. I will also show that the same mechanism may lead to the launching of a long-lived spiral arm beyond the gap as well as the circularization of the planetary orbit. Second, I will demonstrate that when the disc is more massive than the planet, the disc gravity can hinder secular stirring by planets, resulting in strong suppression of planetesimal eccentricities and collisional velocities throughout the disc. Finally, observational implications of these effects will be discussed, both for inferring yet-unseen planets and for indirectly measuring the total masses of debris discs.

Pôle planétologie

2022-12-05T14:18:15Z

Le pôle planétologie du LESIA s'intéresse à l'origine des systèmes planétaires, principalement du Système solaire, et à la compréhension du fonctionnement et de l'évolution des objets du Système solaire en étudiant les processus physiques et chimiques qui y sont à l'œuvre.

Sommaire

Objectifs et thématiques


Vue d'artiste de la formation des petits corps autour d'un disque protoplanétaire (Beta Pictoris): Crédits : NASA/FUSE/Lynette Cook

Le pôle est structuré en deux équipes thématiques

Astéroïdes, comètes et objets transneptuniens

Atmosphères et surfaces planétaires.

Plusieurs membres du pôle sont impliqués également dans l'équipe transverse

Exoplanètes et origine des systèmes planétaires.

Les petits corps du Système solaire ont conservé des traces chimiques et minéralogiques de la composition de la nébuleuse proto-planétaire. Ils ont également un intérêt exobiologique car leurs impacts ont pu enrichir la Terre primitive de composés prébiotiques favorisant l'émergence de la vie. Leur étude permet ainsi de contraindre les processus qui ont gouverné la formation et l'évolution du Système solaire. Enfin, la mesure de la composition élémentaire des planètes géantes de notre Système solaire ou des exoplanètes permet de comprendre comment ces objets se sont formés.

L'étude des objets du Système solaire et de son évolution se fait conjointement par la simulation, l'observation, depuis le sol et l'espace, et la modélisation. La simulation numérique permet d'explorer les modèles de formation planétaire autour du Soleil ou des étoiles à partir d'une nébuleuse de gaz et de poussières qui les entoure.


Image en couleur de la comète 67P/CG observée le 30 Août 2015 après son passage au périhélie: Crédit : ESA / Rosetta / MPS for OSIRIS Team (MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA) / S. Fornasier


L' astéroïde Bennu observé par la mission OSIRIS-REX (NASA): NASA/Goddard/University of Arizona

L'observation permet de contraindre l'évolution chimique et géologique (différentiation, altération aqueuse) des petits corps du Système solaire, tandis que la modélisation (dynamique, thermique) cherche à reproduire cette évolution. L'étude de la composition chimique des atmosphères et des surfaces planétaires, de leurs variations spatiales et temporelles, permet de contraindre la climatologie, la chimie et la géologie des planètes et de leurs satellites, actuellement et dans le passé.

Projets instrumentaux (sol et spatiaux)

Le LESIA est fortement impliqué dans des missions d'étude des surfaces et atmosphères planétaires et des petits corps, in situ et orbitales, en opération et en préparation. Les études se basent tout d'abord sur une longue tradition du laboratoire en matière de spectroscopie et spectro-imagerie visible et infra-rouge. L'équipe planétologie a ainsi contribué à la fabrication d'instruments à bord de missions spatiales telles que Mars-Express, Venus-Express, Cassini-Huygens ou Rosetta. Récemment, le LESIA a réalisé le spectromètre infrarouge de SuperCam, instrument en opération à bord du rover Perseverance de la NASA depuis le 18 février 2021.


Selfie du rover Perseverance sur le sol martien avec l'hélicoptère Ingenuity: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Le LESIA est aussi responsable (Principal Investigator) du spectro-imageur MIRS de la mission japonaise de retour d'échantillons MMX qui sera en orbite autour de Phobos et de Mars à partir de 2025, et partenaire du spectro-imageur infrarouge de la mission BepiColombo qui étudiera la surface de Mercure à partir de 2026.

À plus long terme, le laboratoire est partenaire du spectro-imageur MAJIS et de l'instrument micro-onde SWI de la mission européenne JUICE à destination de Ganymède prévue pour 2030 ; du spectrographe AIRS de la mission ESA Ariel qui va étudier les atmosphères d'exoplanètes prévue pour 2029 ; des spectromètres UV VenSpec-U et infrarouge VenSpec-M de la mission européenne EnVision dont le lancement vers Vénus est prévu fin 2031. Le LESIA est également partenaire du spectromètre de masse couplé à un chromatographe en phase gazeuse du drone Dragonfly de la NASA qui volera sur Titan en 2034.


Selfie de la mission BepiColombo avec sa cible Mercure, survolée lors du fly-by du 1 octobre 2021: ESA/BepiColombo/MTM, CC BY-SA 3.0 IGO

Plus d'informations sur les missions spatiales

Plus d'informations sur les projets sol

Acquisition des données

L'acquisition des données se fait via des observations avec les télescopes sol et espace, et via les missions d'exploration du Système solaire.

Les produits de ces observations, de même que les résultats de modélisations, sont mis en valeur et rendus accessibles à travers les services labellisés ANO5 pilotés dans le pôle planétologie du LESIA : l'Encyclopédie des planètes extrasolaires, APIS (aurores planétaires) et VESPA (multi thématique). Ces services utilisent l'infrastructure de l'Observatoire Virtuel pour faciliter l'accès aux données dérivées, identifier des configurations d'observation particulières, croiser des jeux de données différents, et permettre des traitements de masse sophistiqués. Les mêmes techniques sont d'ailleurs appelées à faciliter la gestion des données des expériences en opération.

Modélisation et théorie

L'interprétation des données passe par la modélisation et la théorie. Pour déterminer la composition chimique, la structure nuageuse et la structure thermique des atmosphères planétaires, nous utilisons des codes de transfert radiatif que nous comparons aux spectres observés à partir de sondes spatiales et de télescopes au sol ou dans l'espace. Des algorithmes d'inversion nous permettent de remonter aux profils verticaux de température et d'abondance des gaz et des aérosols en combinant, si possible, des spectres enregistrés sous différentes géométries d'observation.

Pour comprendre la composition des surfaces des petits corps et des planètes, nous appliquons des modèles de transfert radiatif basés sur la réflectance des minéraux-météorites et/ou sur les constantes optiques de glaces et mélanges, nécessaires pour contraindre la minéralogie et la composition de surface.

Les modèles de transfert radiatif de type Hapke sont aussi appliqués pour modéliser les propriétés de réflectance des corps sans atmosphère, et en déduire les propriétés physiques des surfaces (taille de grain, rugosité, composition, etc) Des codes numériques ont été développés au LESIA pour interpréter les observations cométaires depuis l'infra-rouge jusqu'aux longueurs d'ondes radio, in situ (Rosetta VIRTIS/MIRO) comme distantes (Odin, Herschel, JWST et sol). Ces codes de simulations du rayonnement des atmosphères cométaires couvrent :

Continuum infrarouge à millimétrique des émissions thermiques des poussières ;
Excitation et transfert du rayonnement pour les raies rovibrationelles infrarouges de H2O, CO2, CO... ;
Excitation des niveaux de rotation des molécules dans l'atmosphère des comètes (plus de 30 molécules prises en compte) et transfert du rayonnement pour leur raies millimétriques à submillimétriques ;
Calcul des intensités des raies de OH à 18-cm de longueur d'onde (Nançay/GBT).

Modèles d'atmosphères (exo)planétaires


Image composite Webb NIRCam à partir de deux filtres – F212N (orange) et F335M (cyan) – du système Jupiter: Source : NASA, ESA, CSA, Jupiter ERS Team ; traitement des images par Ricardo Hueso (UPV/EHU) et Judy Schmidt

Le pôle planétologie du LESIA est impliqué dans le développement de modèles 1D et 3D d'atmosphères (exo)planétaires. L'objectif est d'inclure dans ces modèles les processus physiques/chimiques clés qui contrôlent les atmosphères afin d'interpréter les observations. Nous avons développé le modèle 1D Exo-REM , initialement pour interpréter les observations SPHERE d'exoplanètes géantes jeunes. Ce modèle a été étendu aux exoplanètes observées par transit. Nous participons également au développement du modèle 3D Generic Planetary Climate Model , que nous appliquons à l'étude des atmosphères et des climats de Mars, Titan, Pluton, Triton ; des planètes géantes du Système solaire, de la Terre primitive et des exoplanètes telluriques et gazeuses. Enfin, nous développons et utilisons des codes d'inversion des observations atmosphériques afin de mesurer les profils de température, vent et composition chimique dans les atmosphères (exo)planétaires.

Modèles des disques circumstellaires

Dans de nombreux systèmes planétaires, des disques circumstellaires de matériaux qui n'ont pas été utilisés dans la formation des planètes subsistent, telles les ceintures d'astéroïdes ou de Kuiper dans notre Système solaire. L'étude de ces disques de débris est d'une importance capitale car leur évolution et leur structure sont intimement liées à celles des planètes du système, tout en étant souvent plus facilement observables que les planètes elles-mêmes. Le pôle planétologie a, depuis deux décennies, développé une expertise de premier plan pour la modélisation numérique de ces disques. Cette expertise s'articule autour de 3 grands axes :

L'étude collisionnelle des disques de débris, avec un code statistique qui a permis de comprendre le lien en poussière observée et le réservoir total de matière solide ;
Le couplage entre évolution dynamique et collisionnelle, avec les codes DyCoSS et LIDT-DD, qui ont permis l'étude fine des interactions entre disques et planètes ou compagnons stellaires ;
L'étude de la composante gazeuse de ces disques avec, à la fois, des modèles explorant le taux de production de gaz et son observabilité (avec ALMA par exemple), mais aussi des modèles qui suivent l'évolution thermodynamique, physico-chimique et hydrodynamique de ce gaz. N'oublions pas les études les plus récentes qui permettent de comprendre l'accrétion de ce gaz par les planètes déjà formées et ses éventuelles conséquences sur les atmosphères de celles-ci.

Composition et caractéristiques du pôle

Le pôle planétologie est coordonné par Sonia Fornasier et Nicolas Biver. Au 1er novembre 2022, il est composé de :

8 chercheurs permanents
2 chercheurs émérites
15 enseignants chercheurs
9 doctorants
6 post-doctorants
1 visiteur de longue durée

Membres permanents du pôle planétologie

Exoplanètes et origine des systèmes planétaires

Benjamin Charnay — 2022-10-04T20:26:03Z

L'étude des exoplanètes est devenue une thématique majeure de l'astronomie. La grande diversité des systèmes exoplanétaires nous procure une nouvelle perspective sur notre système solaire et la possibilité de vie sur d'autres mondes. La caractérisation des systèmes exoplanétaires et des atmosphères exoplanétaires vise à contraindre les processus de formation et d'évolution qui conduisent à cette diversité et qui contrôlent l'habitabilité des planètes.

La décennie à venir sera une période clé dans cette aventure par la conjonction de nombreux instruments dédiés principalement ou en grande partie aux exoplanètes. La recherche sur les exoplanètes au LESIA est organisée au sein d'une équipe transverse, dont les membres sont issus des 4 pôles et travaillent sur des aspects d'instrumentation, d'observation et de modélisation des systèmes exoplanétaires.

: Vue d'artiste d'exoplanètes potentiellement habitables, avec la Terre (en haut à droite) et Mars (en haut au milieu). Crédits : PHL@UPR Arecibo, phl.upr.edu / NASA / ESA / Hubble.

Thématiques

1) Observation et instrumentation

Transit


Schéma illustratif d'un transit planétaire: ©ESA - European Space Agency (cliquez pour agrandir)

Si le plan de l'orbite de la planète autour de son étoile contient la ligne de visée de l'observateur, alors pour cet observateur, la planète passe devant le disque de l'étoile à chaque révolution. Il en résulte une occultation partielle de l'étoile de manière périodique. Ce phénomène d'occultation partielle, appelé transit, peut-être utilisé pour déduire indirectement la présence d'un compagnon planétaire et permet d'en mesurer le diamètre. Le satellite CoRoT et le nanosatellite PicSat furent des programmes emblématiques de cette recherche au LESIA. Le projet PLATO, initialement conçu au LESIA et sélectionné comme mission ESA-M3, permettra de découvrir et caractériser des systèmes planétaires comparable au système solaire. La spectroscopie de transit consiste à mesurer les variations apparentes de rayon d'une exoplanète avec la longueur d'onde pour en caractériser l'atmosphère. Cette méthode sera très utilisée avec JWST puis avec la mission ESA-M4 Ariel, dont le LESIA est chargé de la calibration. Nous appliquons également les techniques de spectroscopie de transit à haute résolution spectrale depuis le sol avec des instruments comme CFHT-SPIRou et VLT-CRIRES.

Contacts : M.-J. Goupil, B. Charnay

Imagerie haut contraste


Principe du coronographe: (cliquer pour agrandir)

Si la planète est difficile à observer directement, ce n'est pas seulement parce qu'elle est intrinsèquement peu brillante, c'est aussi parce que l'observateur est "aveuglé" par la lumière de l'étoile. La coronographie est une technique qui consiste à masquer la lumière de l'étoile pour faire "ressortir" l'image de la planète. Pour fonctionner depuis le sol, cette technique doit être associée à l'optique adaptative (qui est aussi un axe de recherche important au LESIA) qui compense la turbulence atmosphérique et améliore grandement les performances des coronographes. Le LESIA est impliqué dans plusieurs instruments coronographiques, avec la participation à JWST-MIRI , à l'instrument VLT-SPHERE, et sa future version améliorée SPHERE+ (PI : A. Boccaletti), avec pour but de détecter et de caractériser des exoplanètes géantes jeunes et des disques circumstellaires. Suite à un vigoureux programme de R&D (Recherche et Développement), de nouvelles techniques sont constamment développées au LESIA. Pour ces développements, le LESIA dispose d'un banc de test unique en Europe, le banc THD2. Enfin, le projet ERC Cobrex (PI : A.-M. Lagrange) vise à développer de nouvelles techniques d'analyse de données d'imagerie haut contraste.

Contacts : P. Baudoz, A. Boccaletti


Principe de l'interférométrie: A gauche : séparation des franges d'interférences entre l'étoile et l'exoplanète. A droite : observation avec GRAVITY de la naine brune QG Lup B.

Interférométrie

Les équipes du LESIA ont participé à la construction de l'instrument GRAVITY, qui est un interféromètre optique installé sur le Mont Paranal, au Chili. Cette interféromètre combine la lumière de 4 télescopes “UT” de 8 mètres de diamètre. Cela en fait en faire un “super-télescope” ayant la résolution angulaire d'un télescope de 120 mètres de diamètre. Notre équipe exploite cet instrument pour mesurer précisément la position des exoplanètes, suivre leurs orbites, analyser leur atmosphère, et mesurer les interactions des exoplanètes dans les systèmes multiples. Nous développons aussi au sein de notre groupe de nouveaux instruments interférométriques, se focalisant notamment sur l'observation de l'émission en H alpha des protoplanètes en phase d'accrétion (instrument FIRST).

Contacts : S. Lacour, E. Huby


Principe de la détection d'exoplanètes par astrométrie: Trajectoire apparente sur le ciel (courbe en vert) d'une étoile (A) possédant une planète (B). Les deux objets orbitent autour de leur centre de masse (G). Les mesures de mouvement propre par Hipparcos et Gaia montrent un changement de vitesse de déplacement de l'étoile. (cliquer pour agrandir)

Vitesse radiale et astrométrie ; approche multi techniques

La vitesse de déplacement d'une étoile, à la fois en projection sur le ciel (mouvement propre) et le long de la ligne de visée (vitesse radiale) est affectée par la présence de compagnons en orbite autour de cette étoile. Les étoiles possédant une ou plusieurs planètes ont une trajectoire dans l'espace présentant de légères oscillations, alors que les étoiles simples se déplacent en ligne droite. La combinaison des mesures astrométriques de mouvement propre des satellites Européens Gaia et Hipparcos et de mesures de vitesse radiale (obtenues par spectroscopie) permet de détecter la présence d'une planète autour d'une étoile, et dans certains cas d'estimer ses paramètres orbitaux et sa masse. Dans certains cas, on peut aller encore plus loin et combiner ces informations avec les données en imagerie (VLT-SPHERE par exemple), ou avec des mesures de position relative très précises de l'instrument GRAVITY pour améliorer la qualité des paramètres orbitaux obtenus et la détermination des masses des planètes.

Contacts : A.-M. Lagrange, P. Kervella

Emission radio


Emission radio décamétrique: Interactions soleil-magnétosphère et Jupiter-satellites
(cliquer pour agrandir)

Les planètes géantes du système solaire, en particulier Jupiter, possèdent de forts champs magnétiques et émettent un rayonnement radio intense à basses fréquences. Ce rayonnement, produit par des particules chargées accélérées dans les magnétosphères de ces planètes, est presque aussi intense que les émissions solaires aux mêmes longueurs d'ondes (décamétriques). Des planètes extrasolaires géantes pourraient donc trahir leur présence par ce rayonnement. Des études théoriques suggèrent que ce pourrait être le cas pour les Jupiters chauds (planètes géantes orbitant très près de leur étoile). Les systèmes planétaires les plus prometteurs sont observés par plusieurs équipes avec les plus grands radiotélescopes du monde fonctionnant à basses fréquences. Des signaux potentiellement d'origine exoplanétaire ont été détectés mais nécessitent une confirmation. Les perspectives bientôt offertes par NenuFAR (en France) et SKA (basses fréquences, en Australie) permettent d'être optimistes. La détection directe d'une émission radio donnera une mesure directe du champ magnétique et de la période de rotation planétaires, et ouvrira le champ prometteur d'une étude comparative des magnétosphères et des interactions "plasmas" étoile-planète.

Contacts : Philippe Zarka, Laurent Lamy

2) Modélisation

Disques circumstellaires


Production et évolution du CO dans un disque de débris: (cliquer pour agrandir)

Dans de nombreux systèmes planétaires, des disques circumstellaires de matériaux non utilisés dans la formation des planètes subsistent, tels les ceintures d'astéroïdes ou de Kuiper dans notre système solaire. L'étude de ces disques de débris est d'une importance capitale car leur évolution et leur structure sont intimement liées à celles des planètes du système, tout en étant souvent plus facilement observables que les planètes elles-mêmes. Le LESIA a depuis deux décennies développé une expertise de premier plan pour la modélisation numérique de ces disques. Cette expertise s'articule autour de 3 grands axes : 1) l'étude collisionnelle des disques de débris, avec un code statistique qui a permis de comprendre le lien en poussière observée et le réservoir total de matière solide ; 2) Le couplage entre évolution dynamique et collisionnelle, avec les codes DyCoSS et LIDT-DD, qui ont permis l'étude fine des interactions entre disques et planètes ou compagnons stellaires ; et 3) l'étude de la composante gazeuse de ces disques, avec à la fois des modèles explorant le taux de production de gaz et son observabilité avec par exemple ALMA, mais aussi des modèles suivant l'évolution thermodynamique, physico-chimique et hydrodynamique de ce gaz, sans oublier les études les plus récentes permettant de suivre l'accrétion de ce gaz par les planètes déjà formées et ses éventuelles conséquences sur les atmosphères de celles-ci.

Contacts : Q. Kral, P. Thébault

Atmosphères d'exoplanètes et habitabilité des planètes


Simulation 3D d'un Jupiter chaud: Simulation 3D avec le Generic PCM montrant la température et les vents côté jour sur WASP-43b (©L. Teinturier).

Les exoplanètes constituent un fantastique laboratoire pour étudier les processus atmosphériques dans des conditions très différentes des planètes du système solaire. L'analyse de la composition chimique atmosphérique fournit également des informations sur les mécanismes de formation et d'évolution planétaire, ainsi que sur l'habitabilité et potentiellement la présence de vie à la surface d'une exoplanète. L'équipe exoplanètes du LESIA est impliquée dans le développement de modèles 1D et 3D d'atmosphères d'exoplanètes. L'objectif est d'inclure dans ces modèles les processus physiques/chimiques clés qui contrôlent les atmosphères afin d'interpréter les observations par spectroscopie de transit ou par imagerie directe. Nous avons développé le modèle 1D Exo-REM, initialement pour interpréter les observations SPHERE d'exoplanètes géantes jeunes. Ce modèle a été étendu aux exoplanètes observées par transit et à l'étude de l'évolution thermique et de l'intérieur des exoplanètes. Nous participons également au développement du modèle 3D Generic Planetary Climate Model (Generic PCM), que nous appliquons à l'étude des atmosphères d'exoplanètes et de naines brunes, ainsi qu'aux climats et à l'habitabilité de la Terre primitive et des planètes telluriques.

Contacts : B. Charnay, B. Bézard

3) Base de données et diffusion scientifique

Exoplanet.eu

L'Encyclopédie des Planètes extrasolaires (exoplanet.eu), créée en 1995 (date de la découverte de la première exoplanète), contient une base de données des propriétés des exoplanètes et de leur(s) étoile(s) (à peu près 70 paramètres dont masse, rayon, paramètres orbitaux et atmosphériques), des informations sur les recherches en cours (bibliographie, colloques, campagnes d'observation…) et des outils interactifs (diagrammes, observabilité des planètes, stabilité des systèmes planétaires, simulateur d'atmosphères). Elle recense les objets jusqu'à 60 masses de Jupiter : Le portail recense aussi les molécules détectées dans les atmosphères, les disques associés ainsi que les planètes d'étoiles binaires. Les planètes peuvent être confirmées, ou candidates. Ce site s'adresse aux chercheurs ainsi qu'à un public à la recherche d'informations accessibles et fiables.

Contacts : F. Roques, Q. Kral

Sciences pour les Exoplanètes et les Systèmes Planétaires

"Sciences pour les Exoplanètes et les Systèmes Planétaires" est un livre numérique sur les sciences planétaires de niveau licence scientifique équivalant à 250 heures de cours. Le but est de mettre en libre accès des connaissances les plus récentes sur les exoplanètes ainsi que les démarches et les outils utilisés par les chercheurs pour construire ces connaissances. Ces ressources en libre accès, sous licence Creative Commons, sont destinées aux étudiants et aux enseignants de l'enseignement supérieur mais aussi à toute personne souhaitant comprendre la recherche en (exo)planétologie. Ces contenus sont la base de la formation à distance Lumières sur l'Univers-Sciences Planétaires.

Contact : F. Roques

Membres de l'équipe Exoplanètes (nom, pôle, thématique)
Pierre Baudoz	HRAA	Imagerie haut constrate
Bruno Bézard	Planétologie	Modélisation des atmosphères / Transit
Anthony Boccaletti	HRAA	Imagerie haut constrate
Benjamin Charnay	Planétologie	Modélisation des atmosphères / Transit / Imagerie haut constrate
Athéna Coustenis	Planétologie	Transit
Pierre Drossart	Planétologie	Transit
Thérèse Encrenaz	Planétologie	Transit
Thierry Fouchet	Planétologie	Transit
Raphaël Galicher	HRAA	Imagerie haut constrate
Marie-Jo Goupil	Etoile	Transit
Elsa Huby	HRAA	Interférométrie / Imagerie haut constrate
Pierre Kervella	HRAA	Vitesse radiale et astrométrie / Interférométrie
Flavien Kiefer (postdoc)	HRAA	Vitesse radiale et astrométrie / Transit / Imagerie haut constrate
Quentin Kral	Planétologie	Modélisation des disques / Base de données Exoplanet.eu
Sylvestre Lacour	HRAA	Interférométrie / Transit
Anne-Marie Lagrange	HRAA	Imagerie haut constrate / Vitesse radiale et astrométrie
Laurent Lamy	HPA	Emission radio
Vincent Lapeyrere	Technique	Interférométrie / Transit
Emmanuel Lellouch	Planétologie	Transit
Johan Mazoyer	HRAA	Imagerie haut constrate
Adrien Masson (thèse)	Planétologie	Transit
Eric Michel	Etoile	Transit
Mathias Nowak	HRAA	Interférométrie
Clément Perrot (ingénieur)	HRAA	Imagerie haut constrate
Axel Pottier	HRAA	Imagerie haut constrate
Alice Radcliffe (thèse)	HRAA	Imagerie haut constrate / modélisation atmosphérique
Daniel Reese	Etoile	Transit
Françoise Roques	Planétologie	Base de données Exoplanet.eu
Daniel Rouan	HRAA	Imagerie haut constrate / Transit
Réza Samadi	Etoile	Transit
Sophia Stasevic (thèse)	HRAA	Imagerie haut constrate
Lucas Teinturier (thèse)	Planétologie	Modélisation des atmosphères / Transit
Philippe Thébault	Planétologie	Modélisation des disques
Sandrine Vinatier	Planétologie	Transit
Christian Wilkinson (thèse)	HRAA	Modélisation des atmosphères
Philippe Zarka	HPA	Emission radio