Spectroscopie des naines M et caractérisation des atmosphères des exoplanètes // Spectroscopy of M Dwarfs and Characterization of Exoplanet Atmospheres

Les étoiles naines M représentent environ 75 % du voisinage solaire et hébergent le premier ensemble d'exoplanètes rocheuses tempérées qui seront étudiées au cours des 15 prochaines années, d'abord par le JWST dans le cadre d'une reconnaissance exploratoire, puis par l'Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO grâce à la spectroscopie à haute résolution (R > 50 000). Aux rapports de contraste extrêmes entre les signaux planétaires et stellaires, il est primordial de comprendre les propriétés et les signaux corrélés dans le temps de l'étoile hôte afin de pouvoir les distinguer de l'atmosphère de l'exoplanète, bien plus faible. Pourtant, la modélisation des étoiles naines M à une telle résolution reste rare, et aucun travail systématique n'a été réalisé pour évaluer même la précision de base des listes de raies moléculaires (par ex. TiO, VO, H₂O), dont les lacunes sont connues aux températures pertinentes pour la photosphère stellaire.
Ce projet combine des modèles stellaires tridimensionnels de pointe avec des techniques courantes de traitement des données et d'extraction de signaux à haute résolution spectrale (analyse en composantes principales, corrélation croisée), qui seront au cœur des observations au sol avec l'ELT. Il vise à : i) tester et améliorer le choix des listes de raies moléculaires pour la modélisation des naines M, ii) simuler les effets temporels les plus pertinents (variations du centre au limbe, effet Rossiter-McLaughlin) connus pour impacter la caractérisation des exoplanètes, et iii) quantifier l'effet de la négligence de l'étoile hôte sur la détermination précise des abondances moléculaires et de la température atmosphérique des exoplanètes.
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M-dwarf stars represent about 75% of the solar neighbourhood and they host the first set of temperate rocky exoplanets that will be studied in the next 15 years, first by JWST with an exploratory reconnaissance, then by the ESO Extremely Large Telescope (ELT) using high resolution spectroscopy (R > 50,000). At the extreme contrast ratios between planetary and stellar signals, it is paramount to understand the properties and time-correlated signals from the parent star to be able to disentangle them from the much fainter exoplanet atmosphere. Yet, modelling of M-dwarf stars at such high resolving power is scarce, and no systematic work has been carried out to assess even the basic accuracy of molecular line lists (e.g. TiO, VO, H2O), which is known to lack at the temperatures relevant for the stellar photosphere.

This project combines 3-dimensional stellar models at the state of the art with common techniques to clean datasets and extract signals at high spectral resolution (principal component analysis, cross correlation), which will be at the heart of ground based observations with the ELT. It aims at i) testing and improving the choice of molecular line lists to model M-dwarfs, ii) simulate the most relevant time-resolved effects (centre-to-limb variations, Rossiter-McLaughlin effect) known to impact exoplanet characterization, and iii) quantify the effect of neglecting the parent star on the accurate determination of molecular abundances and atmospheric temperature in exoplanets.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Côte d'Azur

364 SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Le candidat doit être titulaire d'un Master en astrophysique, en physique ou équivalent.
The candidate should have a Master in Astrophysics of Physics or equivalent.