Mon mémoire en 400 mots : Déreck-Alexandre Lizotte

Déreck-Alexandre Lizotte, étudiant à l’iREx à l’Université Bishop’s, a soumis son mémoire de maîtrise au début de l’année 2021. Il résume ici le projet de recherche qu’il a mené dans le cadre de sa maîtrise.

Grâce au télescope spatial Kepler, un nombre important de planètes appartenant aux classes des super-Terres (1,2 à 2 rayons terrestres) et des mini-Neptunes (2 à 4 rayons terrestres) a été observé. Entre les deux populations, on trouve très peu de planètes (à environ 1,8 rayon terrestre) parmi toute les exoplanètes qui ont une période de révolution de moins de 100 jours. On pense que ces deux types de planètes ont à la base d’une histoire de formation similaire, qui se distingue ensuite. Un progéniteur se formerait avec une taille intermédiaire, puis deviendrait suffisamment grand pour devenir une mini-Neptune, ou verrait son atmosphère évaporée par le rayonnement élevé de son étoile hôte pour devenir une super-Terre.

C’est sur la base de cette théorie que nous avons cherché à savoir si des effets de réfraction atmosphérique pouvaient être observés sur les planètes de taille intermédiaire. Comme les planètes qui sont plus grosses (mini-neptunes) sont supposées avoir une atmosphère dominée par l’hydrogène et l’hélium (ce qui augmente leur rayon), on s’attendait à ce que la lumière de l’étoile hôte soit réfractée par l’atmosphère. La conséquence de cet effet de réfraction serait une augmentation du flux perçu par l’observateur dans les moments précédant et suivant un transit. D’autre part, les planètes de taille inférieure (super-Terres) devraient avoir une atmosphère minimale ou nulle, de sorte que les effets de réfraction ne seraient pas observés. Cette analyse nous permettrait de mieux comprendre les différences dans la dichotomie de ces deux populations.

Il existe une abondance d’exoplanètes qui ont une taille entre celle de la Terre et celle de Neptune. Beaucoup de mystères subsistent encore à leur sujet. Crédit : montage fait à partir d’une image de la Terre (NASA) et de Neptune (NASA/JPL).

Comme l’effet attendu est très minime (de l’ordre de 10 ppm au maximum, selon les estimés), nous avons utilisé des courbes de lumière moyennes, dans le but de réduire le bruit au niveau de 1 ppm, rendant visible tout effet de réfraction présent. Ces courbes de lumière moyennes ont ensuite été comparées aux effets de réfraction atmosphérique simulés pour différentes compositions atmosphériques.

Le résultat de cette comparaison a révélé que contrairement à ce qu’on attendait, les planètes au-dessus de 1,8 rayon terrestre présentaient des effets de réfraction très minimes (voire inexistants) dans leurs courbes de lumière, notamment par rapport aux simulations. Les courbes de lumière moyennes correspondent mieux aux simulations de réfractions dans les atmosphères claires avec des poids moléculaires lourds (~30 g/mol ; certainement pas dominées par l’hydrogène/hélium). Comme ces planètes sont proches de leur étoile (avec des atmosphères chaudes), il est probable que leur atmosphère soit dominée par des processus photochimiques causant de forts brouillards, qui atténuent ou suppriment toute lumière réfractée.

Plus d’information

Déreck-Alexandre a fait sa maîtrise à l’Université Bishop’s entre 2018 et 2020, après avoir complété un baccalauréat en physique à l’Université Concordia. Son superviseur mémoire est Jason Rowe. Son mémoire sera disponible sous peu.