Caractérisation de super-Terres tempérées autour d’étoiles de faible masse pour contraindre leur composition interne et atmosphérique
Les exoplanètes sont omniprésentes dans la galaxie. Une découverte majeure dans ce domaine d'étude a été de révéler que les exoplanètes les plus communes ont une taille entre celle de la Terre et celle de Neptune, et sont couramment trouvées sur des orbites compactes de période de moins de 100 jours, ce qui diffère fortement de la configuration du Système solaire. Une séparation au rayon d'environ 1,7 rayon terrestre divise la population des exoplanètes en deux : les super-Terres rocheuses, qui sont essentiellement des versions agrandies de la Terre, et les sous-Neptunes, dont l'atmosphère épaisse riche en hydrogène rappelle Neptune. La composition exacte et les processus de formation et d'évolution des super-Terres et des sous-Neptunes sont aujourd'hui des énigmes sans réponse claire, en particulier pour les exoplanètes près de la transition rocheuse-gazeuse.
Cette thèse se concentre sur la caractérisation de trois systèmes de super-Terres tempérées autour d’étoiles de faible masse : TOI-1452, LHS 1140 et L 98-59. Diverses techniques sont employées pour contraindre la composition interne et atmosphérique des super-Terres. On profite du transit de l'exoplanète devant son étoile pour mesurer son rayon ainsi que le niveau de transparence (composition chimique) des couches superficielles de son atmosphère. La spectroscopie Doppler est utilisée pour mesurer les oscillations de la vitesse radiale de l’étoile centrale causées par la présence d'un compagnon planétaire, ce qui permet de déterminer sa masse. Les naines M sont plus petites et moins massives que les étoiles de type solaire (F, G, ou K), ce qui est avantageux pour ces deux techniques et en font des cibles clés pour étudier en détail leur système planétaire. Depuis le début des opérations du télescope spatial James-Webb (JWST) en 2022, une nouvelle génération d'instruments est désormais disponible pour étudier les atmosphères d'exoplanètes à un niveau sans précédent. Les travaux présentés dans cette thèse sont basés sur des observations avec les télescopes spatiaux TESS, Spitzer, HST, et JWST et les spectrographes au sol optimisés pour la vitesse radiale de haute précision, SPIRou et ESPRESSO.
Cette thèse s'inscrit dans un contexte de récentes découvertes individuelles pointant vers l'existence de super-Terres globalement rocheuses, mais dont la densité plus faible suggère une composition riche en eau (planètes océaniques). D'un point de vue de formation, ces résultats suggèrent qu'autour de naines M, des planètes peuvent se former loin de leur étoile hôte, là où l'eau en phase condensée est abondante pour l'accrétion, avant de migrer vers des orbites plus proches, correspondant à leur position actuelle.
