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Le retour en classe marque la fin des stages d’été 2017. Tous nos stagiaires ont accompli des progrès remarquables et ont obtenu des résultats intéressants!
Apprenez-en plus sur leur projet, ce qu’ils ont appris cet été, les plus gros défis qu’ils ont rencontrés et les accomplissements qu’ils ont réalisés : Sabrina Côté Maldonado, Frédéric Genest, Laurent Jacob, Olivia Lim, Merrin Peterson, Steven Rogowski, Laurence Marcotte.
Sabrina Côté MaldonadoL’objectif de mon projet était de créer une bibliothèque spectrale homogène afin d’analyser le spectre de la planète 51 Eri b. La première partie de mon été a donc été consacrée à créer cette bibliothèque de spectres de naines brunes et d’étoiles de faibles masses à partir de cinq bibliothèques disponibles en ligne (SpeX Prism, IRTF, Montreal, Leggett, BDNYC), puis j’ai réécrit ces spectres de façon homogène. Ainsi, à la suite de cette réécriture, tous les 938 fichiers de ma bibliothèque possédaient en entête les informations relatives à l’objet, puis les données du spectre. Ensuite, pendant la deuxième partie de mon été, j’ai développé des codes, écrit avec le language Python, afin d’analyser le spectre de 51 Eri b en les comparant avec mes spectres de référence grâce à deux techniques (chi carré et indices spectraux). Cela m’a permis d’effectuer une analyse homogène et non biaisée du spectre de 51 Eri b, et donc d’améliorer la méthode empirique qui avait déjà été utilisée auparavant pour étudier cette planète.
C’était intéressant d’analyser une exoplanète géante qui se trouve à peu près à la même distance de son étoiles que les géantes gazeuses se trouvent de notre Soleil. En effet, 51 Eri b est située à une distance de 13 UA de son étoile, ce qui équivaut approximativement à une orbite entre Saturne et Uranus. 51 Eri b est une planète géante gazeuse très similaire à Jupiter, ayant une masse deux fois plus grande que cette dernière. Tout au long de l’été, c’est comme si j’avais donc analysé une « deuxième » Jupiter, mais située à une centaine d’années-lumière de la Terre.
Suite à l’analyse de 51 Eri b, je n’ai pu conclure ni sur l’âge, ni sur la gravité de cette planète, étant donné le manque d’objets jeunes et de faible gravité de ma bibliothèque. Toutefois, selon des études effectuées précédemment, 51 Eri b est une jeune planète, ce qui laisserait supposer une faible gravité. Avec mes codes permettant de comparer le spectre de 51 Eri b avec ceux de mes objets de référence par la méthode du chi carré, j’ai obtenu que 51 Eri b est une planète ayant approximativement un type spectral T7, ce qui correspond à une température de 825 Kelvins et une luminosité de -5.1. Ces résultats sont différents de ceux obtenus de façon théorique par Macintosh en 2015, où ce dernier avait obtenu une température de 600 à 750 Kelvins et une luminosité de -5.4 à -5.8. La différence peut s’expliquer par le fait que les relations que j’ai utilisées pour déterminer les paramètres à partir du type spectral ont été calibrées pour des objets vieux, tandis que 51 Eri b est une jeune planète. Selon mes résultats avec le chi carré, la bande H du spectre de 51 Eri b semble présenter un type spectral plus précoce que les autres bandes. La différence n’est pas très marquée, mais il semblerait que la partie de l’atmosphère correspondant à la bande H soit plus chaude que le reste de l’atmosphère. De plus, à la suite des résultats obtenus avec les indices spectraux, il semblerait que dans la bande H du spectre de 51 Eri b, la pente correspondant à l’absorption de l’eau soit plus prononcée et que la pente relative à l’absorption du méthane soit moins prononcée que dans les autres bandes. Puisque les incertitudes sur les indices spectraux n’ont pas été calculées par manque de temps, ces résultats ne peuvent être confirmés, mais il semble que la bande H de l’atmosphère de cette planète présenterait plus d’eau et moins de méthane que les autres bandes, ce qui concorde avec la température plus chaude obtenue pour cette bande. Il pourrait donc s’agir d’une zone d’inversion, mais cela ne peut être confirmé avec nos résultats actuels.
J’ai définitivement amélioré mes capacités en programmation au courant de l’été. Après avoir écrit des codes Python cumulant au total 4 284 lignes (!), je peux dire que je suis maintenant beaucoup plus à l’aise à écrire des codes, à trouver rapidement des erreurs de programmation et à aller chercher des informations dans différents types de fichiers (.txt, .fits, .ascii, .csv, .xlsx). Cela sera un grand atout lorsque ma session recommencera puisque je vais avoir plus de facilité à utiliser Python et cela m’aidera dans mon efficacité à faire mes travaux. J’ai également appris à lire et écrire des fichiers FITS, un format très utilisé en astronomie qui m’était totalement inconnu, et à comprendre comment analyser différents spectres par des méthodes de comparaison avec des spectres de référence. Ce stage a été très formateur, et je suis maintenant beaucoup plus autonome dans la résolution de problèmes en général.
Le plus grand défi a été de comprendre des erreurs de programmations qui m’empêchaient d’avancer dans mon projet. C’était vraiment un défi puisque ce n’est pas toujours évident de comprendre ce qui ne fonctionne pas et comment faire pour que cela fonctionne par la suite. Google a été mon meilleur ami cet été, mais également tous les autres étudiants d’été qui travaillaient avec moi et qui m’ont aidé à résoudre mes problèmes. C’était vraiment plaisant de voir à quel point tout le monde s’entraidaient et se souciait des autres. J’ai également eu de la chance d’aller voir différentes autres membres de l’institut qui m’ont aidé à persévérer dans mon travail, que ce soit des professeurs, des chercheurs ou des étudiants aux cycles supérieurs. Je voudrais sincèrement remercier tout le monde d’avoir contribué à la réussite de mon projet!
J’ai vraiment adoré obtenir des résultats concrets après plusieurs semaines de travail sur mon code. C’est un sentiment de pure joie et de bonheur lorsque tout fonctionne enfin et que tes résultats ont du sens. La progression que j’observais dans mon travail me motivait à continuer à m’investir dans mon stage tout au long de l’été. J’ai aussi aimé analyser mes résultats dans les dernières semaines de l’été. Cela m’a permis de comprendre l’astrophysique derrière la programmation et de comprendre à quoi m’ont mené tout mon travail et ma persévérance.
Frédéric GenestLes naines M sont des cibles propices à l’observation et à la caractérisation d’exoplanètes de taille comparable à la Terre, puisque la faible brillance et la petite taille de ces étoiles rendent les transits de ces planètes beaucoup plus faciles à mesurer. Par contre, ces étoiles sont assez froides pour contenir de l’eau dans leur atmosphère et leurs taches en contiennent un peu plus. Ainsi, lorsqu’une planète transite une naine M avec des taches sans en occulter, on observe de l’absorption due à l’eau des taches, qui ressemble à de l’absorption dans l’atmosphère de la planète. Mon projet avait pour but de déterminer si on pouvait déterminer l’origine (taches ou atmosphère d’exoplanète) d’une détection d’eau lors d’un transit pour des naines M. On espérait que les variations de la vitesse radiale de la planète (vitesse le long de l’axe entre la Terre et l’étoile) entrainent un décalage suffisant dans le signal d’absorption observé (par effet Doppler) pour que l’on puisse le détecter avec des observations en spectroscopie à haute résolution (en préparation pour l’entrée en fonction du spectropolarimètre SPIRou).
L’intérêt pour la recherche de planètes autour de naines M explose depuis tout récemment, entre autres en raison de leur fort potentiel d’avoir en orbite des planètes comparables à la Terre que l’on sera en mesure d’observer et de caractériser. Ce projet a pour but de « préparer » l’entrée en fonction de la nouvelle génération de télescopes et d’instruments avec lesquels on réalisera ces observations. À mon avis, ce qui rend le projet si intéressant, c’est qu’il porte sur un problème qui n’a à ma connaissance pas été traité en profondeur jusqu’à maintenant, mais qui risque tout de même de jouer un rôle majeur dans le futur de la recherche en exoplanètes. Bref, le problème me semble incroyablement pertinent.
Au terme de ce projet, j’ai obtenu deux résultats particulièrement importants. Le premier est qu’il sera effectivement possible de distinguer de l’eau dans l’atmosphère de l’étoile et de l’eau dans l’atmosphère d’une exoplanète en utilisant le décalage du signal provenant de la planète et des observations de SPIRou. Par contre, cela nécessitera de comparer les observations avec des modèles de signaux correspondant à des milliers d’atmosphères différentes. Le deuxième résultat, tout aussi important, est qu’en fonction de l’atmosphère de la planète, il sera parfois possible de conclure à la présence d’eau dans l’atmosphère sans avoir recours à une méthode d’analyse complexe.
J’ai appris énormément au courant de l’été! Évidemment, j’ai dû me renseigner sur la spectroscopie de transit et les atmosphères d’exoplanète. Pour pouvoir réaliser mon projet, j’ai aussi dû apprendre à programmer convenablement (en Python) et à construire et utiliser différents modèles. Je me suis informé sur les naines M et leurs propriétés. J’ai aussi acquis de nombreuses connaissances de base en astrophysique qui n’étaient pas nécessairement en lien avec mon projet, mais qui m’ont aidé à me bâtir une « culture générale » en astronomie et à mieux comprendre les articles que j’ai lus tout au long de l’été (et aussi à comprendre les projets des autres stagiaires, étudiants gradués, etc.!).
Le plus difficile cet été a certainement été le début du projet, quand il m’a fallu apprendre à programmer efficacement et acquérir les connaissances en astrophysique dont j’ai eu besoin pendant le reste de l’été. Il faut dire que lire de nombreux articles sans trop savoir encore comment on compte réaliser notre projet peut être un peu lourd. Au moins, cette période d’incertitude n’a pas duré trop longtemps et j’ai pu rapidement commencer à programmer des modèles simples et mettre en pratique les connaissances que j’avais acquises.
J’ai apprécié le sentiment que j’ai eu pendant l’été de travailler sur un projet utile, pertinent et intéressant même si c’était seulement ma première expérience de recherche. J’ai beaucoup aimé l’atmosphère de travail: j’étais relativement autonome, je n’ai jamais ressenti de pression trop stressante et c’était un plaisir de travailler en compagnie des autres stagiaires.
Laurent JacobMon stage portait sur la tentative de détection de la réfraction de la lumière dans l’atmosphère d’une planète qui passe devant son étoile, juste avant et juste après son transit.
C’est très intéressant parce que ça offre une manière unique d’étudier l’atmosphère de certaines planètes. Tout dépendant des résultats obtenus, je savais que je pourrais soit confirmer les modèles actuels soit les améliorer. Cette technique permet aussi de fournir de l’information sur l’épaisseur de l’atmosphère et sur si l’atmosphère absorbe beaucoup la lumière ou non.
On a découvert que l’atmosphère des planètes observées a un signal de réfraction beaucoup plus faible que celui attendu par les modèles présentement utilisés. Cela indique que ceux-ci ne représentent peut-être pas l’effet de réfraction de manière juste. Il y a aussi la possibilité que les atmosphères soient très nuageuses.
J’ai appris comment utiliser des outils mathématiques en python afin d’analyser de gros ensembles de données. J’ai aussi appris à prendre connaissance d’une grande quantité de littérature scientifique et d’en comprendre l’essentiel rapidement. J’ai finalement aussi appris à poser les bonnes questions et à attaquer une série de problèmes plus efficacement.
Le plus difficile a été d’acquérir les connaissances scientifiques propres au sujet au début de l’été. La plupart des articles scientifiques étaient difficile à lire au début étant donné mon manque de connaissance dans le domaine. Cependant, je suis heureux d’avoir eu à lire tous ces articles, car c’est certainement un atout que j’ai acquis de pouvoir me familiariser rapidement avec un domaine de recherche de cette façon.
Ce que j’ai vraiment aimé c’est que la recherche est un effort d’équipe. C’est très rassurant de pouvoir poser des questions à des experts dans un domaine où tu es encore novice. Le projet était très intéressant et je suis très satisfait d’avoir obtenu un résultat significatif.
Olivia LimMon premier projet portait sur la mesure du champ magnétique à petite échelle d’étoiles naines M. Nous avons utilisé des spectres d’intensité de haute résolution de l’instrument ESPaDOnS que nous avons analysés avec un code de transfert radiatif. Mon deuxième projet portait sur la confirmation et l’infirmation de systèmes binaires ou multiples composés d’au moins une étoile naine M en utilisant des données astrométriques des missions GAIA et HIPPARCOS.
Les champs magnétiques sur les naines M peuvent entraver la détection d’exoplanètes par la méthode de vélocimétrie. Avec l’arrivée imminente de l’instrument SPIRou, qui a comme principale mission de chercher et de caractériser des planètes telluriques en orbite autour d’étoiles de faible masse, il devient nécessaire de mieux comprendre l’impact des champs magnétiques sur les données qui seront récoltées par l’instrument.
On sait qu’environ 50% des étoiles de type solaire sont binaires. Ce ratio n’est toutefois pas aussi bien connu pour les étoiles de type M. Il est pourtant crucial d’étudier les systèmes binaires et multiples pour ce type spectral, puisque ceux-ci sont à éviter dans le contexte de la recherche d’exoplanètes. C’est pourquoi il est important d’avoir un catalogue à jour et exact de systèmes binaires et multiples composés de naines M.
Le code de transfert radiatif utilisé pour mesurer les champs magnétiques a certaines limitations qu’il faut quantifier. Ce code utilise des paramètres comme la température de l’étoile et sa gravité qu’il faut soit ajuster, ce qui requiert plus de temps, soit fixer, ce qui nécessite une bonne connaissance de la valeur des paramètres. Dans le deuxième cas, si une mauvaise valeur est fournie au code, alors le champ magnétique mesuré peut varier.
L’étoile BD+74 456a est probablement une géante! On croyait que cette étoile appartenait à un système triple contenant aussi une étoile de type K et une naine M, mais en analysant sa magnitude absolue et en comparant sa parallaxe et son mouvement propre à ceux des autres composantes dudit système, nous avons conclu que BD+74 456a est probablement une géante éloignée non liée au système.
J’ai appris les différentes étapes nécessaires à la réduction de spectres : trouver la vitesse radiale d’une étoile par corrélation croisée avec des standards, corriger un spectre par la vitesse radiale de l’étoile, soustraire des raies telluriques, etc.
J’ai appris à utiliser des données astrométriques comme la parallaxe, le mouvement propre, la séparation et la magnitude apparente pour déduire la position relative de paires d’étoiles.
En comparant nos résultats de mesures de champs magnétiques avec ceux des autres chercheurs, nous ne pouvons pas voir de corrélation. Par contre, il faut faire attention aux conclusions tirées de ce constat : des résultats incohérents n’impliquent pas que l’une des méthodes est totalement incorrecte. Il faut vérifier si ces méthodes mesurent bien la même quantité et tenir compte des sources d’erreurs dans chacune des méthodes qui pourraient expliquer une divergence.
Les catalogues utilisés dans le projet des étoiles binaires et multiples étaient souvent incomplets en ce qui concerne les composantes individuelles des systèmes. Il était alors impossible de comparer directement les mesures astrométriques des étoiles. Il fallait donc trouver d’autres moyens pour déduire la position relative des composantes de ces systèmes pour confirmer ou infirmer leur appartenance à leur système.
La partie que j’ai préférée du projet sur les champs magnétiques était le fait qu’on puisse comparer nos résultats avec ceux de chercheurs professionnels qui travaillent ailleurs dans le monde. Cela nous permet non seulement de vérifier notre méthode, mais aussi de voir que d’autres personnes sont aussi passionnées par ce sujet et déterminées à trouver des réponses.
Pour ce qui est du projet sur les systèmes binaires et multiples, j’ai beaucoup aimé apprendre comment exploiter des données astrométriques pour comparer la position des étoiles. La quantité d’informations qui peut être extraite de seulement quelques mesures m’a énormément impressionnée.
Du côté instrumental, j’ai eu la chance d’apprendre, à l’Observatoire du Mont-Mégantic ainsi qu’à partir de la salle d’observation du Télescope Canada-France-Hawaii, comment les données utilisées par les astronomes sont récoltées, à leur état brut! À mon avis, c’est un côté de l’astronomie qui est différent, mais tout aussi intéressant et complexe que l’analyse de données.
Merrin PetersonMon projet portait sur la détection d’eau dans l’atmosphère de la planète 51 Pegasi b, la première détectée autour d’une étoile similaire au Soleil en 1995, dans des données d’archive qui proviennent de HIRES, le spectrographe de l’Observatoire Keck. L’eau avait précédemment été détectée dans l’atmosphère de cette planète, en utilisant une méthode similaire et les données d’un autre spectrographe. Nous avons tenté de modéliser la lumière de l’étoile.
Ce projet était intéressant parce qu’avant de commencer mon stage, nous ne savions pas si ce serait possible de le réaliser. Les données que j’utilise ont été prises afin d’obtenir de l’information sur la vitesse de l’étoile, et la lumière de la planète n’a pas été résolue dans ces données avant. Si nous réussissions, ce serait une toute nouvelle manière d’exploiter d’anciennes données.
Nous avons réalisé que 51 Pegasi est trop brillante pour résoudre la lumière de la planète de cette manière. Cependant, la méthode pourrait fonctionner pour des étoiles moins brillantes dans l’archive. Maintenant que nous savons cela, mes superviseurs vont pouvoir utiliser la méthode et le code que j’ai développé pour étudier ces autres systèmes.
J’ai appris beaucoup d’information spécifique à propos de mon projet, mais aussi à propos de l’astronomie en général. Ça a été vraiment très intéressant pour moi d’apprendre comment les astronomes sur Terre obtiennent de l’information à propos de planètes dans d’autres systèmes solaires. Je sais comment les chercheurs en astronomie obtiennent des données et comment ils les traitent pour en extraire de nouvelles connaissances. J’ai aussi pu travailler avec des données d’un vrai observatoire, le Keck, et aidé à la prise d’observations à l’Observatoire du Mont-Mégantic.
Mon plus gros défi cet été a été de travailler avec les contraintes de temps. Nous avons choisi un projet très ambitieux pour un stage de 4 mois, et il m’était impossible de tout faire parfaitement. C’était très difficile de choisir quelle information nous voulions le plus et comment l’obtenir en une si courte période, même si ça laissait moins de temps pour améliorer mon programme.
Ce que j’ai le plus aimé à propos de mon stage est qu’il m’a initié au monde de la recherche en astronomie. J’ai aussi aimé l’indépendance que j’avais. Jai pu poser beaucoup de questions à mes superviseurs, mais j’ai eu l’impression qu’on m’a donné un projet, des données, un groupe d’experts pour répondre à mes questions et qu’on m’a dit « Vas-y! ». C’était un défi vraiment amusant et un projet très intéressant. J’aurais bien aimé y consacrer 4 autres mois!
Steven RogowskiCet été j’ai travaillé avec des données du Hubble Space Telescope et travaillé avec le code d’extraction de spectre obtenus avec la méthode de spectroscopie de transit ExoTEP et le code de modélisation d’atmosphère SCARLET (les deux développés par mon superviseur Björn Benneke). J’ai passé beaucoup de temps à optimiser et à ajouter de nouveaux éléments de physique atmosphérique au code SCARLET, en particulier. Plus spécifiquement, nous étudions les données d’une exoplanète de masse similaire à Saturne qui provient d’un récent relevé de HST de 16 exoplanètes qui couvrent toute une gamme de masses et de températures d’équilibre. Nous espérons contraindre la composition atmopshérique (principalement la métallicité) et déterminer à quel point des nuages et ou de la brume sont présents dans l’atmosphère. Éventuellement, le but est de développer une meilleure compréhension de la population des exoplanètes afin de paver la voie à de nouveaux et plus puissants observatoires comme le télescope spatial James Webb.
L’étude des exoplanètes est très excitantes parce qu’elle donne la chance de comparer de vrai résultats observationnels aux résultats de modèles d’atmosphères détaillés. Cela m’a donné la chance d’acquérir de l’expérience autant sur l’aspect observationnel que l’aspect théorique.
J’ai commencé mon stage en juin et en août, j’avais déjà des résultats préliminaires intéressants. Je poursuis ce projet à la maitrise, et nous espérons soumettre nos résultats aux journaux de l’AAS d’ici la fin de l’année 2017.
L’expérience concrète de travailler sur un code aussi détaillé que SCARLET m’a fourni une opportunité unique d’améliorer dramatiquement ma capacité à programmer. Travailler avec un code optimisé et concis m’a appris autant que les multiples cours d’informatique que j’ai faits.
Tenter de comprendre et d’améliorer le code de quelqu’un d’autre, spécialement étant donné mon manque d’expérience en programmation orientée objet, a été le plus gros défi. Cependant, cela a aussi été la chose la plus importante que j’ai apprise, et cela sera certainement d’une aide prodigieuse dans les prochaines années.
Avoir la chance de travailler dans la science des exoplanètes est pour moi un rêve devenu réalité. J’ai voulu faire de la recherche dans ce domaine de l’astronomie depuis que j’ai décidé d’étudié en astrophysique, quand j’étais à l’école secondaire!
Laurence MarcotteMon projet portait sur l’exoplanète Kepler-10b. Le but était de trouver sa période de rotation ainsi que son albédo.
Pour moi, c’était d’apprendre à créer un modèle qui tenait compte de plusieurs concepts de physique expliquant le « fonctionnement » d’une planète.
Je n’ai pas découvert avec certitude la période de rotation de Kepler-10b, par contre, j’ai trouvé quelques périodes plausibles qui sont cohérentes avec les données que nous avons de la planète. La planète pourrait avoir une période de rotation équivalente à son orbite ce qui nous permettrait de déduite qu’une seule moitié de la planète ferait face en permanence à son étoile, comme la Lune autour de la Terre (« tidally locked »). Sinon, la planète pourrait possiblement tourner très rapidement dans le sens contraire de son orbite. J’ai aussi trouvé que l’albédo de la planète devait probablement se trouver entre 0.1 et 0.2.
J’ai surtout appris à coder en Python, ce qui va m’être très utile pour la suite de mes études. J’ai aussi appris davantage sur les exoplanètes et comment elles « fonctionnent ».
Mon plus gros défi a vraiment été de commencer à coder mon modèle. Puisque je n’avais jamais codé auparavant, je ne savais pas par où commencer ni comment.
Le milieu. J’ai aimé faire mon projet, mais j’ai été agréablement surprise par les gens qui travaillaient avec moi. Ils étaient toujours prêts à s’entraider et à découvrir de nouvelles choses ensemble (par exemple, de nouvelles fonctions de Python). Il y avait aussi plusieurs activités qui rendaient l’ambiance encore plus amusante!
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