Soutenance de thèse de Mathis HOULLÉ

La détermination de la composition des exoplanètes géantes gazeuses fournit des marqueurs essentiels de leurs propriétés fondamentales, comme leur mécanisme de formation, leur lieu de formation dans le disque protoplanétaire ou leur structure interne. La nouvelle génération d'instruments pour l'imagerie à haut contraste comme SPHERE au VLT a été optimisée pour la détection directe de ces planètes, mais leur résolution spectrale est inférieure à R = 100, ce qui limite les possibilités de caractérisation. Pour une véritable révolution scientifique, un saut d'un ou deux ordres de grandeur est nécessaire en termes de résolution. Différents projets combinant imagerie à haut contraste et spectroscopie à haute résolution sont en cours de développement, comme l’instrument HARMONI sur le futur ELT, qui fournira un mode haut contraste avec une résolution allant jusqu'à R = 18 000, ou le projet HiRISE visant à coupler SPHERE avec le spectrographe CRIRES+ au VLT, permettant la caractérisation des exoplanètes imagées par SPHERE à une résolution spectrale de R = 100 000. Dans ce contexte, la thèse a pour but de développer des outils d'analyse et de préparer l'exploitation des données scientifiques de ce nouveau type d’instruments, et d’étudier de nouvelles façons d’observer les compagnons découverts par imagerie directe avec les spectrographes actuels. La première partie de la thèse se focalise sur l'estimation des performances en détection de planètes du module haut-contraste de l'instrument HARMONI, via des simulations réalistes d’observations et d’analyse des données. La seconde partie se focalise sur l’étude de l’accrétion et de la formation planétaire, via l’observation de la raie d’émission H-alpha de compagnons jeunes à très haute résolution spectrale (R=190 000) avec le spectrographe VLT/ESPRESSO.

The atmospheric composition of giant gaseous exoplanets provides essential markers of their most fundamental properties, such as their formation mechanism, formation location in the protoplanetary disk or internal structure. The new generation direct imaging instruments such as SPHERE at the VLT have been optimized for the direct detection of these planets, but their low spectral resolution (less than R = 100) limits the characterization possibilities. For a real scientific revolution, the spectral resolution needs to be increased by one or two orders of magnitude. Several projects combining high-contrast imaging and high-resolution spectroscopy are in development, such as the HARMONI instrument on the future ELT, which will offer a high-contrast module with a spectral resolution up to 18 000; as well as the HiRISE project, which aims at coupling SPHERE with the CRIRES+ high-resolution infrared spectrograph, allowing for the characterization of exoplanets imaged by SPHERE at a spectral resolution of 100 000. In this context, the PhD project aims at developing analysis tools and preparing the exploitation of the scientific data coming from this new type of instruments, as well as investigating new ways of observing directly imaged companions with existing spectrographs. The first part of the thesis project focuses on the estimation of the performances in planet detection of the high-contrast module of HARMONI, using realistic simulations of observations and data analysis. The second part focuses on the study of accretion and planet formation by observing the H-alpha emission line of young companions at very high spectral resolution (R=190 000) with the VLT/ESPRESSO spectrograph.