François-René Lachapelle

Étudiant au doctorat à l’Université de Montréal

Le projet de doctorat de François-René Lachapelle porte sur la recherche d’exoplanètes et de satellites dans des systèmes extrasolaires par chronométrage haute précision de transits connus. Dans les quinze dernières années, la technique de transit photométrique a permis d’identifier plus du deux tiers des exoplanètes connues à ce jour. En plus d’être des plus efficaces pour la détection, elle permet la caractérisation d’objets allant d’une fraction de la taille de la Terre jusqu’aux plus grosses exoplanètes. Elle permet entre autres d’obtenir des données spectroscopiques sur l’atmosphère de ces objets dont quelques-uns auraient des températures habitables.

La nouvelle frontière dans ce domaine serait de découvrir une exolune. Une telle découverte nous permettrait de mieux comprendre la formation et l’évolution dynamique des systèmes planétaires. De plus, l’habitabilité potentielle de ces mondes en fait des candidats de choix pour l’exobiologie.

L’Observatoire du Mont-Mégantic a maintenant un photomètre optimisé spécialement pour la détection de variations temporelles dans les courbes de transits d’exoplanètes; la caméra PESTO (Planètes Extra-Solaires en Transit et Occultations). Le but premier est de détecter la présence d’exolunes ou de systèmes multiples d’exoplanètes par leurs effets dynamiques sur des planètes déjà connues. Pour ce faire, cet instrument exploite la technologie du détecteur EMCCD à comptage de photons, permettant une détection des plus sensibles et à cadence élevée tout en éliminant le bruit de lecture et le délai entre les poses. Les lectures ainsi obtenues seront horodatées de manière précise, pour ainsi reconstituer la chronologie du transit avec une précision inégalée. Les technologies regroupées dans cette caméra donneront à PESTO des capacités encore inégalées dans le domaine.

La découverte de la première exolune serait évidemment une grande réussite, mais compte tenu de la sensibilité de la caméra, une détection nulle permettrait également de contraindre la présence de tels systèmes. De plus, la technique de découverte de systèmes multiples d’exoplanètes par chronométrage de transit permet de sonder une gamme d’objets non disponibles autrement.

Le projet proposé consiste à observer à plusieurs reprises une liste de cibles choisies dans le but d’obtenir des contraintes sur le chronométrage de leurs transits. Des outils de réduction et d’analyse des données de ce nouvel appareil devront être élaborés. Les résultats permettront alors de tirer des conclusions statistiques sur la population d’exolunes, en plus de mettre en lumière d’éventuelles candidates au titre d’exoplanètes ou d’exolunes.

À la maîtrise (2011-2013), François-René s’est intéressé à l’étude de compagnons sous-stellaires de la région de formation Upper Scorpius. Des observations récentes d’étoiles jeunes utilisant l’optique adaptative ont mené à la découverte de plusieurs compagnons de masse sous-stellaire ayant des séparations orbitales de plusieurs centaines d’unités astronomiques. Étant donné leur très grande distance de l’étoile primaire, la formation de ces corps ne peut s’expliquer parfaitement par des modèles standard tels que l’agglomération et l’accrétion, les instabilités gravitationnelles dans un disque et la fragmentation d’un nuage protostellaire. Il est possible que ces compagnons se soient d’abord formés à plus petite séparation puis, sous l’effet d’interactions gravitationnelles entre plusieurs planètes, aient migré vers leur position actuelle. Cette théorie incite donc à poursuivre les observations afin de chercher la présence d’autres compagnons dans ces mêmes systèmes.

Le projet de François-René consistait à analyser les compagnons connus de 4 systèmes, ainsi qu’à y rechercher d’autres compagnons plus rapprochés. Les cibles sont des étoiles jeunes, ce qui permet d’observer des corps de masse sous-stellaire ayant conservé une luminosité suffisante pour être détectés dans le proche infrarouge. En plus de la photométrie, leur atmosphère peut donc être analysée par spectroscopie.

Les modèles d’évolution et d’atmosphère étant encore incertains pour les jeunes objets sous-stellaires (à faible gravité de surface), de telles observations sont entre autres importantes pour établir des calibrations. L’analyse des données d’imagerie différentielle angulaire a également permis de poser des contraintes sur la présence de nouveaux compagnons.

La compréhension détaillée de ces quelques systèmes vise à poser des contraintes sur les modèles de formation et d’évolution de naines brunes, ainsi que sur l’évolution de la composition de leur atmosphère. La comparaison des spectres des compagnons à des modèles d’atmosphère a permis de déterminer leur température, leur composition chimique, etc. Cela a permis de tester la fidélité de ces modèles pour de jeunes naines brunes et planètes.

L’interprétation de ces résultats par les modèles actuels de formation et d’évolution de systèmes planétaires (accrétion, instabilité gravitationnelle, effondrement d’un nuage fractionné, interactions avec d’autres corps, etc.) a permis de mieux comprendre l’origine de ces systèmes et même la formation de planètes et d’étoiles en général.

Directeur de recherche

David Lafrenière

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Courriel: lachapelle@astro.umontreal.ca
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