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Détermination de sections efficaces à hautes températures et modélisation représentative des atmosphères des exoplanètes chaudes ciblées par ARIEL

Description

La mise en service des missions spatiales JWST (James Webb Space Telescope) et ARIEL (The Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-Survey) dans la prochaine décennie doit permettre des avancées majeures dans la connaissance des systèmes planétaires à travers l’étude des exoplanètes. Il y a moins de vingt cinq ans, la découverte des premières exoplanètes a révélé la diversité des mondes planétaires que l’Univers abritait. Depuis, plusieurs milliers d’exoplanètes ont été confirmées avec des masses, des rayons, et des paramètres orbitaux très variés. Les observations par spectroscopie de transit effectuées ces dernières années avec des instruments spatiaux (Hubble, Spitzer) et au sol ont permis de caractériser la présence de quelques molécules dans l’atmosphère d’exoplanètes et aussi de contraindre la structure thermique de ces dernières. Cependant la qualité et la quantité des observations actuelles font que beaucoup d’inconnues demeurent concernant ces mondes : quels sont les liens entre la nature de l’étoile et les caractéristiques des planètes ? Comment la composition chimique de l’atmosphère et son évolution est liée à l’environnement de formation ? Pour répondre à ces questions, l’étude systématique d’un très grand nombre de systèmes planétaires est indispensable. Cette étude de grande ampleur sera réalisée par la mission ARIEL (PI : G.Tinetti) qui vient d’être sélectionnée par l’ESA comme la mission M4 du programme Cosmic Vision. Nous sommes fortement impliqués dans cette mission puisque Olivia Venot est membre du Consortium Scientifique et responsable du Groupe de Travail « Chimie ». Par ailleurs, nous sommes également très impliqués dans la préparation des observations du JWST.

La composition chimique des exoplanètes sera déterminée en confrontant les observations des futurs télescopes ARIEL et JWST aux résultats de différents modèles : modèle cinétique et modèle d’inversion des données d’observation. L’indice de confiance dans l’interprétation des observations dépend donc essentiellement de la fiabilité et de la robustesse des modèles utilisés. Pour cette thèse, nous proposons de nous concentrer sur l’amélioration des modèles photo-thermochimiques utilisés pour déterminer la composition chimique des exoplanètes. C’est une étape essentielle pour planifier les observations des atmosphères des exoplanètes par la mission ARIEL et par la suite pour interpréter les observations futures.

Une source majeure d’incertitude dans les modèles photo-thermochimiques est la inadéquation entre les données physico-chimiques utilisées (principalement les sections efficaces d’absorption connues à température ambiante) et les caractéristiques des atmosphères étudiées (températures très élevées). Pour représenter de façon correcte la composition chimique des exoplanètes

chaudes, nous souhaitons déterminer expérimentalement la dépendance thermique des sections efficaces d’absorption dans le domaine VUV, des principales molécules d’intérêt atmosphérique. Ces données n’existent pas actuellement et sont très attendues par la communauté. L’équipe « Exobiologie et Astrochimie » du LISA est une des seules au monde à avoir l’expertise pour réaliser ces déterminations et a déjà acquis une reconnaissance internationale dans ce domaine. Ces mesures seront réalisées sur notre nouvelle plateforme spectroscopique en cours de montage au LISA. Celle-ci a été financée par la région Ile de France (DIM-ACAV), par l’OSU (projet FEDER) et par le CNES dans le cadre du projet EXACT (PI : O. VENOT). Cette thèse s’inscrit dans la mise en service et l’utilisation de cette plateforme spectroscopique pour développer des modèles pertinents pour l’étude des atmosphères d’exoplanètes.

Profil

Le candidat aura un fort gout pour l'expérimentation. Sa formation de niveau Master en sciences physiques inclura une forte composante de physico-chimie moléculaire ainsi qu'en optique et plus spécifiquement en spectroscopie. Un complément de formation en astrophysique et en planétologie sera un plus. 

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : LISA, Créteil
Directeur(rice) de thèse/recherche : BENILAN Yves
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : benilan@lisa.u-pec.fr
Responsable Cnes de l'offre : VISO Michel

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019.

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