Détection de naines brunes et planètes géantes gazeuses à grande séparationutilisant des images d’archive

Abstract

Les années de collecte de données astronomiques sur de larges portions du ciel fournies par des instruments dédiés ont conduit à des banques d’images prises à différentes lon- gueurs d’onde, résolutions, profondeurs de champ qui restent, pour la plupart, inexploitées (e.g. 2MASS, WISE, SPITZER, SDSS). Le développement de nouveaux algorithmes de traitement des données permet de revaloriser ces images prises des années plus tôt. Le but de ce travail de maîtrise était d’identifier de nouveaux compagnons de faible masse à grande séparation autour d’étoiles jeunes de faible masse (type M) en utilisant des images d’archive. Les archives utilisées pour identifier les candidates sont principalement les images en bande J, H et Ks du catalogue 2MASS. L’emploi d’un algorithme de soustraction de fonction d’étalement du point basé sur la combinaison linéaire optimisée d’étoiles de référence, combiné à un algorithme inspiré de l’imagerie différentielle spectrale appliqué sur une sélection judicieuse de 2 812 étoiles a permis d’identifier 7 candidates. Cinq d’entre elles avaient été déjà détectées par d’autres équipes. Une s’est avérée être une M9 du champ et l’autre une L3β appartenant probablement à l’association jeune AB Doradus. Ce travail confirme, comme plusieurs avant lui, la faible prévalence des compagnons de masse planétaire et naines brunes sur de très longues orbites (> 100 UA) autour d’étoiles jeunes de faible masse. Cette conclusion a motivé l’étude d’une nouvelle approche pour détecter ces compagnons à faible séparation (< 40 UA). Ce projet, partiellement complété, a pour but de démontrer la possibilité de détecter des objets ayant des masses planétaires orbitant des étoiles jeunes assez massives (G–F–A) indépendamment de leur séparation à l’aide de la nouvelle génération de spectrographes échelles infrarouges à haut pouvoir dispersif. Les observations synthétiques réalisées ont permis de conclure que des objets ayant une atmosphère principalement composée de molécules et un contraste allant jusqu’à 10^5 avec leur étoile pouvaient être détectés en 1h d’observation avec un instrument comme SPIROU. L’emploi d’algorithmes utilisant la corrélation croisée et d’algorithmes de soustraction des spectres inspirés de ceux utilisés en imagerie différentielle permet d’extraire la signature spectrale de la planète.

Decades of astronomical data collection provided by dedicated instruments have led to a large amount of images taken at different wavelengths, resolutions and depths of field that remain, for the most part, unexploited (eg 2MASS , WISE, SPITZER, SDSS). Developments of new data processing algorithms gives a new value to these images taken years earlier. This project aims at discovering new low-mass companions with large separations around young low-mass stars (M-type) using archive images. 2MASS J, H and Ks band images were used to identify the candidates. Seven candidates were identified using a combination of two algorithms that were applied on a judicious selection of 2 812 stars. The method combined a point spread function substraction algorithm based on a linear combination of reference stars and an algorithm inspired by differential imaging. Five of them had already been identified by other teams. One was probably an M9 star from the field and the other an L3—, potentially a member of the young association AB Doradus. This research confirms, like others before, the low occurence rate of planetary mass and brown dwarf companions at large separations (Á 100 AU) around young low mass stars. This conclusion led us to develop of an alternative detection method sensitive to companions on short orbits (< 40 AU). This second project, partially completed, aims to demonstrate that it is possible to detect objects with planetary masses orbiting young sun-like stars (G–F–A) regardless of their separation. This is possible thanks to the new generation of high dispersion infrared spectrographs. Spectral processing applied on synthetic observations has confirmed that one can detect objects with an object/star brightness ratio down to 10´5. Only 1h exposure time with an instrument like SPIROU is enough to detect companions with an atmosphere mainly composed of molecules. The spectral processing consists of cross-correlation and spectral subtraction algorithms inspired by methods used in differential imaging.