Identification des limites de la caractérisation d’exoplanètes par spectro-imagerie à haute résolution

Soutenance de thèse de Steven Martos - Mercredi 14 octobre 2026 à 14h00 - Salle Manuel Forestini IPAG

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la détection et de la caractérisation des exoplanètes par combinaison de l’imagerie à haut contraste et de la spectroscopie à haute résolution. Elle porte plus particulièrement sur le molecular mapping, une méthode de post-traitement fondée sur la corrélation croisée spectrale, conçue pour extraire le signal de compagnons faibles à petite séparation angulaire. L’objectif général est d’identifier les limites physiques, instrumentales et méthodologiques de cette approche, puis d’en évaluer le potentiel sur données réelles et pour les instruments futurs.

La première contribution du manuscrit est l’établissement d’un cadre formel unifié pour décrire les observations IFU, le differential imaging et le molecular mapping. Ce cadre explicite la propagation du signal utile, l’auto-soustraction, les contributions du bruit fondamental, ainsi que le rôle des résidus systématiques. Il est prolongé par le développement et l’extension d’outils semi-analytiques, FastCurves et FastYield, permettant d’estimer les rapports signal sur bruit, les contrastes limites et les yields de détection en fonction des paramètres astrophysiques, observationnels et instrumentaux. Le manuscrit discute en particulier l’influence de la richesse spectrale des planètes, de la configuration Doppler, de la rotation, du domaine spectral, de la résolution, du format spectral, ainsi que de la fidélité des modèles atmosphériques et du mismatch modèle–réalité.

La seconde contribution consiste à confronter ce cadre à des données réelles. À partir des observations JWST/MIRI MRS, la thèse montre que, si le molecular mapping permet de s’affranchir d’une grande partie de la limitation classique par les speckles, les performances réelles sont rapidement bornées par d’autres effets systématiques instrumentaux et d’extraction. L’analyse met en évidence l’importance de termes tels que les franges, le straylight ou l’aliasing, et montre qu’ils peuvent imposer un plancher de contraste en régime de fort flux stellaire. Ce travail est prolongé par le développement d’une analyse systématique des cubes MIRI/MRS et par une réflexion plus large sur l’exploitation des données instrumentales complexes, notamment dans les contextes VIPA/PAPYRUS et VLT/HiRISE.

Enfin, la thèse ouvre une perspective instrumentale vers les futurs instruments de l’ELT, en particulier HARMONI, ANDES et PCS. Elle utilise FastCurves et FastYield pour explorer les compromis entre résolution spectrale, domaine spectral, échantillonnage, coronographie, stabilité et résidus systématiques, et pour traduire ces compromis en performances et en yield scientifique. L’un des résultats structurants est que, dans les régimes ambitieux visés pour la détection de planètes tempérées ou terrestres, le facteur limitant n’est pas seulement la quantité de signal préservée par le molecular mapping, mais surtout la capacité des instruments à fournir des données suffisamment stables et spectralement propres. La thèse se situe ainsi à l’interface entre astrophysique des exoplanètes, modélisation du signal et du bruit, analyse de données réelles, et aide au design des instruments actuels et futurs.

Direction de thèse

• David Mouillet & Alexis Carlotti

Composition du jury

• Dimitri Mawet, Professeur California Institute of Technology, Rapporteur
• Karine Perraut, Astronome UGA IPAG, Examinatrice
• Gael Chauvin, Directeur de recherche OCA, Rapporteur
• Elodie Choquet, Astronome adjointe AMU, Examinatrice
• Valentin Christiaens, Chargé de recherche CEA Saclay, Examinateur