1 Des astéroïdes aux planètes géantes chaudes – Etude de lémission thermique en interférométrie différentielle et perspectives liées à MATISSE MATTER Alexis 3 ème année de thèse Directeurs : Bruno Lopez Stéphane Lagarde

2 Motivations et contexte scientifique IR moyen (5-20 μm) riche en informations sur différentes sources astrophysiques : Planètes de type « Jupiter chaud » Astéroides Etude fine des observables interférométriques -> optimisation Cadre astrophysique planétologie

3 Instrumentation actuelle du VLTI Laboratoire de recombinaison AT : 1.8 m UT : 8 m AMBER :. 3 télescopes. Bandes J, H, K (1-2,4 μm) MIDI :. 2 télescopes. N band (7,8-13 μm)

4 Composantes de la thèse Astrophysique Observation de plusieurs sources astrophysiques Planètes de type Jupiter chaud Astéroïdes Enveloppes circumstellaires détoiles de type Wolf Rayet Traitement optimisé des données Instrumentale Linstrument MATISSE : -> recombinaison de 4 télescopes -> ouverture à de nouvelles bandes spectrales -> spectroscopie et reconstruction dimage Implication dans le projet : -> étude théorique deffets instrumentaux par rapport à un cas astrophysique exigeant -> définition de spécifications et modifications dans le design de linstrument Travail dinterprétation astrophysique des observables interférométriques

5 Introduction à linterférométrie Détecteur B D b Plan des télescopes Plan de recombinaison f x Etape de collection des 2 faisceaux Etape de mélange des 2 faisceaux Formation des franges dinterférence Contraste des franges Phase des franges β x 2I 0 0 I 0 -I 0 *C I 0 +I 0 *C φ

6 1 er essai de détection directe et spectroscopie de Gliese 86b. Caractéristiques du système GL 86 GL 86b ρ = 0.1 UA T star 5200°K T planet 1000°K Msin(i) 4 M jup. Principe de détection φ GL 86 GL 86b Franges dispersées Etude de la signature de phase φ(λ)=f ( I planet (λ)/I star (λ), ρ )

7. Problématique liée à lobservation des Jupiter chauds: -> signal de phase de la planète 10 -3, radians -> précision atteinte actuellement sur la mesure de phase radians -> limitations dues principalement à latmosphère Caractéristiques de lobservation - campagne dobservation sur 2 demi-nuits avec MIDI (novembre 2007) - Utilisation des UTs et de la ligne de base de 130 m - Observation dans le plan perpendiculaire à la ligne de base - Utilisation simultanée des instruments AMBER et MIDI pour la 1 ère fois -> nouvelle méthode de calibration (AMBER = estimateur indépendant de la dispersion atmosphérique sans intervention sur le signal de la planète)

8 Phase théorique attendue pour Gliese 86b Causes de dégradation de la mesure de phase Dispersion due à la vapeur deau courbure parasite >> courbure due à la planète 1 er essai -> compromis techniques pour utilisation simultanée AMBER+MIDI Mesure de phase sur Gliese 86b durant la 2 ème nuit 0.07° 6° Précision des mesures de la phase atmosphérique avec AMBER 1° -> correction des données MIDI avec une précision 0.5° (amélioration dun facteur 10) -> Article en cours de soumission à ApJ (Matter et al., 2009)

9 1 ère détermination directe de tailles dastéroïdes par interférométrie Pour la plupart des astéroïdes de type MBA et NEA -> actuellement, impossibilité de déterminer directement taille, forme et masse -> Utilisation des mesures de flux IR : I(λ) ajustement à un modèle thermique (distribution de température) contrainte sur la taille de la source et lalbedo Interférométrie (VLTI) -> pouvoir de résolution 15mas > techniques dimagerie directe ou radar -> mesures directes de taille et de forme sur un + large panel dastéroïdes Panel accessible avec linterféromètre MIDI

10 Contraste des franges dinterférences -> fonction de la dimension angulaire de lobjet Franges -> V(λ) -> fit par un modèle géométrique de visibilité -> mesure de D ang D ang

11 Campagne dobservation réalisée en Novembre 2005 au VLTI (ligne de base40m) -> 2 astéroïdes de la Ceinture Principale 234 Barbara ? 951 Gaspra Distance 0.87 AU Période de rotation 7h Astéroïde «test» pour MIDI Distance 1.2 AU Période de rotation 26h Binarité possible

Gaspra -> 2 mesures de visibilité Modèle de forme tiré des observations de Galileo (Thomas et al., 1994) D (km) Θ (mas) Notes 11.4 ± 2 18 ± 3 Shape model from Galileo observations 11 ± 1 17 ± 2 Best interferometric fit (uniform disk) Bon accord entre les différentes méthodes MIDI peut résoudre spatialement des astéroïdes de taille 10 km

Barbara -> 1 mesure de visibilité Résultat composante principale : D = 37.1 ± 0.5 km composante secondaire : D = 21.0 ± 0.2 km séparation centre à centre: 24.2 ± 0.2 km Mise en évidence dune structure complexe (peut-être binaire) -> histoire de formation complexe Fit avec modèle de disque uniforme Mesure de visibilité de MIDI Fit avec modèle à 2 corps B/λ

14 ESO press release (4/02/2009)

15 Résumé 1 ère tentative de détection de planètes géantes chaudes avec MIDI+AMBER : -> essai dune nouvelle méthode de calibration (Matter et al., 2008 ; Matter et al.,2009) -> précision des données facteur 10 de la détection 1 ère application de linterférométrie aux astéroïdes (Delbo et al., 2009): -> mesure directe de taille pour 2 astéroïdes de la ceinture principale -> indice de forme complexe pour 234 Barbara Travail de modélisation en cours sur lémission des poussières dune étoile évoluée de type Wolf-Rayet (WR104) Perspectives Nouvelle observation prévue pour Gliese 86b en Octobre Travail de modélisation thermophysique en cours sur lastéroïde 41 Daphne. Mais aussi observations futures dun plus large panel dastéroïdes mais aussi de noyaux cométaires -> étude plus détaillé (paramètres physico-chimiques de surface)