Ma thèse en 400 mots : Dylan Keating

Dylan Keating, étudiant de l’iREx à l’Université McGill, a soumis sa thèse de doctorat à l’automne 2021. Il résume ici le projet de recherche qu’il a mené dans le cadre de son doctorat.

Les géantes gazeuses qui se trouve très près de leur étoile, communément appelées Jupiters chaudes, constituent le type d’exoplanètes le mieux étudié à ce jour. Ces planètes sont en rotation synchrone avec leur étoile hôte, c’est-à-dire qu’un de leurs hémisphères est constamment exposé à l’irradiation stellaire et l’autre, toujours plongé dans l’obscurité. On appelle souvent le côté éclairé le côté diurne et l’autre, le côté nocturne. Bien que ces planètes soient trop éloignées pour être observées avec le même niveau de détail que Jupiter dans notre Système solaire, les Jupiters chaudes ont l’avantage du nombre. L’atmosphère d’une centaine de Jupiters chaudes a été caractérisée grâce à des observations dans l’infrarouge réalisées avec les télescopes spatiaux Spitzer et Hubble.

On a prédit et observé que les Jupiters chaudes transportent la chaleur du côté diurne au côté nocturne par le biais de vents ou d’ondes atmosphériques. La partie la plus chaude de l’atmosphère des planètes n’est donc pas directement sous l’étoile, mais plutôt légèrement à l’est. En raison de leur proximité, les Jupiters chaudes ont une courte période, d’environ un jour. Il est donc possible d’observer un système tout au long de la révolution de la planète autour de l’étoile hôte. Les courbes de lumière ainsi obtenues, des courbes de phase, nous informent sur la température du côté diurne et du côté nocturne, et sur la façon dont l’atmosphère transporte la chaleur d’un côté à l’autre. Dans le cadre de ma thèse, j’ai étudié des courbes de phase afin de discerner des tendances dans les températures des côtés éclairé et sombre des Jupiters chaudes.

Représentation schématique de nuages sur la face nocturne d’une Jupiter chaude. L’atmosphère sous-jacente est suffisamment chaude pour vaporiser les roches, qui peuvent se condenser en nuages. Crédit : Université McGill.

Ce que j’ai trouvé est étonnant. Auparavant, on croyait que le transport de chaleur dépendait presqu’uniquement de la quantité d’irradiation stellaire reçue par une planète. On s’attendait à ce que l’écart entre le point sous-stellaire et le point le plus chaud soit le même pour des planètes qui reçoivent la même quantité d’irradiation stellaire. Toutefois, j’ai comparé trois planètes qui reçoivent la même quantité d’irradiation stellaire, mais qui ont des taux de rotation et des gravités de surface différents, et j’ai découvert que les trois planètes ont des écarts différents. Cela pourrait s’expliquer par la présence de nuages épais du côté diurne ou encore à des effets du champ magnétique, deux phénomènes qui ne sont pas considérés dans les premiers modèles de Jupiter chaude.

La température du côté éclairé des Jupiters chaudes suit une tendance simple : les planètes qui reçoivent plus d’irradiation stellaire ont des températures plus chaudes. La température du côté diurne, elle, ne devrait pas dépendre de l’irradiation de manière aussi simple, car plusieurs processus différents peuvent intervenir dans le transport de la chaleur du côté clair au côté sombre, et leur interaction est complexe. La température du côté jour des planètes varie de plusieurs milliers de degrés d’une planète à l’autre. Cependant, dans une étude que j’ai menée sur une douzaine de Jupiters chaude, j’ai constaté que la température du côté sombre est environ constante, quelle que soit l’irradiation reçue. L’explication la plus probable est que les Jupiters chaudes ont toutes des nuages épais de silicates ou de minéraux du côté nocturne. Le lancement prochain du télescope Webb permettra de vérifier ces hypothèses et de poursuivre ce travail de planétologie comparatif.

Plus d’information

Dylan a fait son doctorat à l’Université McGill entre 2018 et 2021, sous la supervision de Nicolas Cowan de l’Université McGill et de René Doyon de l’Université de Montréal. Sa thèse sera disponible sous peu.