Observations des atmosphères des planètes CHEOPS. Alain Lecavelier des Etangs (IAP-CNRS-UPMC)

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Corinne Laviolette
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1 Observations des atmosphères des planètes CHEOPS Alain Lecavelier des Etangs (IAP-CNRS-UPMC)

2 Comment détecter l atmosphère d une exoplanète? a) Lumière émise ou réfléchie par l atmosphère il faut soustraire ou «annuler» l étoile infrarouge (> 2 µm) b) Lumière absorbée par le limbe atmosphérique de la planète en transit a on met à profit les photons émis par l étoile traversant l atmosphère proche UV jusqu à l IR moyen (0,2 à 10 µm) b ligne de visée

4 Flux relatif (+ constante) Rapport de flux planète - étoile (x 10-3 ) Anti-transits de HD189733b avec le télescope spatial Spitzer Longueur d onde (micron) Temps (jours) Charbonneau et al. 2008

6 Le transit primaire donne le «rayon» de la planète. ~ 1.5% HD209458b [e.g., Brown et al. 2001; Pont et al. 2007]

7 Translucent Atmosphere Opaque Planetary Disk 1-2% Planet Atmosphere Signature ~

8 Spectroscopie d un transit 9000 Å On détermine Rplanet(λ) en mesurant la profondeur de transit à différentes longueurs d onde Å (Pont et al. 2008)

9 Rayon en fonction de l modèles de J. Fortney

nombre de photons Exemple observé : le passage d un «Jupiter chaud» flux 1 2% 0,98 589 nm ~10-4 λ Lynette Cook Spectre de HD 209458

10 nombre de photons Exemple observé : le passage d un «Jupiter chaud» flux 1 2% 0, nm ~10-4 λ Lynette Cook Spectre de HD observé avec HST/STIS(ϯ) Détection d une absorption atmosphérique dans le doublet de Na (589 nm) 1 nm Charbonneau et al longueur d onde (nm)

11 Signatures en fonction de l UV visible IR HI nm OI nm CII nm SiIV nm SiIII nm Mg II nm Rayleigh H nm Haze (~MgSiO 3 ) nm Na I nm K I nm TiO-VO nm CH mm H 2 O mm CO 2 4 mm CO mm

12 Mesures physiques Détection/Non-détection!! pas de mesure d abondance en absorption!! Température Pression Variation de température avec l altitude Variation d abondance avec l altitude (T) (P) (dt/dz) (dn/dz) Abondance relative en absorption (N 1 /N 2 ) Taux d échappement Vents au terminateur jour-nuit Abondance/Profile T-P en émission (dm/dt) (V) (N/T(P))

13 Température et profil d absorption La température via la spectroscopie d absorption (Lecavelier des Etangs et al. 2008a) H=kT/mg=f(T) s=f(l)

14 Température et profil d absorption La température via la spectroscopie d absorption (Lecavelier des Etangs et al. 2008a) H=kT/mg=f(T) s=f(l) Pour s(l) = l a :

15 Rayleigh scattering: Mesure de la température et de la pression de H 2 (Lecavelier des Etangs et al. 2008) Rayleigh scattering a=-4 T=2350 ± 150 K

16 Mesures physiques Détection/Non-détection!! pas de mesure d abondance en absorption!! Température Pression Variation de température avec l altitude (T) (P) (dt/dz)

17 HD209458b : Spectre de l atmosphère de l UV au proche IR (Sing et al. 2008a, 2008b, Desert et al. 2008, Lecavelier et al. 2008) Sodium

18 Profil Température-Pression 10 mbar-10mbar (Sing et al. 2008a; 2008b) HD209458b

19 Mesures physiques Détection/Non-détection!! pas de mesure d abondance en absorption!! Température Pression Variation de température avec l altitude Variation d abondance avec l altitude (T) (P) (dt/dz) (dn/dz) Abondance relative en absorption (N 1 /N 2 ) Taux d échappement Vents au terminateur jour-nuit (dm/dt) (V)

20 Raies d absorption en CO et décalage en vitesse radiale (Snellen et al., Nature 2010) - Observations du CO atmosphérique à la vitesse radiale de la planète - Detection d un décalage vers le bleu de 2 km/s au limbe (jour nuit) : vent!

21 Mesures physiques Détection/Non-détection!! pas de mesure d abondance en absorption!! Température Pression Variation de température avec l altitude Variation d abondance avec l altitude (T) (P) (dt/dz) (dn/dz) Abondance relative en absorption (N 1 /N 2 ) Taux d échappement Vents au terminateur jour-nuit Abondance/Profile T-P en émission (dm/dt) (V) (N/T(P))

22 Flux relatif (+ constante) Rapport de flux planète - étoile (x 10-3 ) Anti-transits de HD189733b avec le télescope spatial Spitzer Longueur d onde (micron) Temps (jours) Charbonneau et al. 2008

23 Anti-transits de HD189733b Détection de H 2 O? (Grillmair et al. 2008)

24 Anti-transits de Wasp-12b C/O élevé (Madhusadhan et al. 2010)

25 Anti-transits de GJ436b avec le télescope spatial Spitzer (Stevenson et al. 2010)

26 Anti-transits de GJ436b avec le télescope spatial Spitzer (Stevenson et al. 2010)

27 Anti-transits de GJ436b avec le télescope spatial Spitzer (Stevenson et al. 2010)

28 Anti-transits de GJ436b avec le télescope spatial Spitzer (Seager & Madusadhan 2011)

29 H=kT/mg=kTR p2 /GmM p s=f(l) F

30 Conclusion Les transits pour sonder la physique des atmosphères Les signatures spectrales en absorption ne dépendent pas de M p ou R p, mais dépendent de ρ p et R * Besoin d étoiles brillantes

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