Mon mémoire en 400 mots : Jonathan Chan

Jonathan Chan, étudiant à l’iREx à l’Université de Montréal, a soumis son mémoire de maîtrise en 2020. Il résume ici le projet de recherche qu’il a mené dans le cadre de sa maîtrise.

Le système TRAPPIST-1 nous offre une occasion unique d’étudier et de caractériser les planètes tempérées, semblables à la Terre, dans un système compact autour d’une naine M. Découvert en 2017, le système de sept planètes en orbite autour d’une naine M8 ultrafroide présente des analogies avec notre propre système solaire et abrite trois planètes dans sa zone habitable. TRAPPIST-1d, en particulier, reçoit presque la même quantité indicent de flux que la Terre et possède probablement un noyau rocheux. En outre, la température d’équilibre prédite de 282K fournit les conditions adéquates pour l’eau liquide et les molécules organiques complexes, une condition généralement considérée comme nécessaire à l’existence de la vie telle que nous la connaissons.

Une façon d’étudier l’atmosphère d’une exoplanète est d’utiliser la spectroscopie de transit. Cette technique est basée sur l’observation d’une diminution périodique du flux photométrique reçu de l’étoile, suite au passage d’une exoplanète devant le disque stellaire dans la ligne de visée de l’observateur. L’amplitude de la variation du flux, ou la profondeur de transit, indique le rayon effectif de l’exoplanète, puisqu’une planète plus grande éclipse une plus grande partie de son étoile hôte pendant le transit. On peut également mesurer les variations de la profondeur de transit en fonction de la longueur d’onde, ce qui indique des variations qui dépendent de la longueur d’onde dans les hauteurs de l’atmosphère auxquelles la planète devient opaque aux rayons tangentiels. Les longueurs d’onde auxquelles la planète bloque plus de flux stellaire sont donc associées à des atomes ou des molécules qui absorbent le flux ou bloquent la lumière d’une autre manière. Les observations peuvent alors être comparées aux spectres et aux modèles atmosphériques théoriques pour déterminer les espèces moléculaires correspondant aux variations de la profondeur de transit.

L’étoile TRAPPIST-1 et ses sept planètes. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Pendant ma maîtrise, j’ai eu l’occasion de faire des observations de TRAPPIST-1d avec la caméra infrarouge Wide-field InfraRed Camera (WIRC) à l’observatoire Palomar afin d’étudier les propriétés des atmosphères des exoplanètes. Les récentes mises à niveau de l’instrument WIRC nous ont permis d’utiliser le mode WIRC+Spec récemment ajouté pour effectuer une spectroscopie sans fente à basse résolution dans le proche infrarouge. Afin d’interpréter les données prises avec ce nouveau mode d’observation, j’ai construit un module personnalisé pour le pipeline en Python ExoTEP (Exoplanet Transits, Eclipses and Phase Curves) pour extraire les courbes de transit de TRAPPIST-1d. Ma thèse présente les premiers résultats spectroscopiques du mode WIRC+Spec, qui a été utilisé pour effectuer une analyse atmosphérique avec la spectroscopie de transit, nous permettant d’exclure les atmosphères sans nuages sur TRAPPIST-1d avec des métallicités inférieures à 300 fois la valeur solaire.