Soutenance de thèse de Lisa Altinier

« Développement du dithering de modes d’ordre élevé : une nouvelle méthode de traitement d’images pour la détection d’exoplanètes avec le télescope spatial Roman de la NASA ».

La soutenance se tiendra le mercredi 22 avril à 14h dans l’amphithéâtre du LAM. Vous trouverez ci-dessous le résumé ainsi que la composition du jury. La soutenance sera en anglais.

Composition du jury :

• Sylvestre Lacour (LIRA, CNRS, Observatoire de Paris) – Rapporteur et Président
• Gaël Chauvin (MPIA, Germany) – Rapporteur
• Vanessa Bailey (NASA JPL, USA) – Examinatrice
• David Mouillet (IPAG, Université Grenoble Alpes) – Examinateur
• Arthur Vigan (LAM, CNRS, Marseille) – Directeur de thèse
• Élodie Choquet (LAM, CNRS, Marseille) – Co-directrice de thèse

L’imagerie directe des exoplanètes est essentielle pour caractériser leurs propriétés physiques et atmosphériques, mais reste difficile en raison du contraste élevé avec l’étoile hôte et des faibles séparations angulaires. Les méthodes indirectes, telles que la vélocimétrie radiale et les transits, détectent de nombreuses exoplanètes mais fournissent peu d’informations sur leurs atmosphères. Atteindre des contrastes de ∼ 10−9 pour des planètes de type Jupiter ou de ∼ 10−10 pour des planètes de type Terre en lumière réfléchie dépasse les capacités des télescopes actuels. Les instruments au sol avec optique adaptative détectent des planètes jeunes et brillantes dans l’infrarouge, tandis que Hubble et JWST ne possèdent pas de systèmes de contrôle actif du front d’onde adaptés à la coronographie à contraste profond.

Le télescope spatial Nancy Grace Roman (Roman, RST), dont le lancement est prévu en 2026, comble cette lacune avec un télescope de 2,4 m et le premier coronographe spatial équipé d’un contrôle actif du front d’onde. Son coronographe peut créer un trou noir focal supprimant la lumière stellaire jusqu’à ∼ 10−9 après post-traitement, permettant la détection de planètes de type Jupiter anciennes à 3–9 λ/D (0,15–0,44 arcsec). Les taches quasi-statiques, issues d’imperfections optiques, de dé- rives thermiques et du bruit des actionneurs du miroir déformable, dominent le bruit et nécessitent des méthodes de post-traitement telles que l’analyse en composantes principales (PCA) et l’imagerie différentielle par étoile de référence (RDI).

La RDI classique est limitée par les dérives du front d’onde et le faible degré de diversité des étoiles de référence. Le dithering à modes de haut ordre (HOMD) injecte des aberrations contrôlées de haut ordre (Z5–Z24) dans les miroirs déformables lors de l’observation de l’étoile de référence, enrichissant la bibliothèque de taches et améliorant le post-traitement. Le simulateur CAPyBARA modélise le coronographe Roman et les séquences d’observation, incluant aberrations statiques et quasi-statiques.

Les résultats montrent que l’efficacité du HOMD dépend de la dérive, de la sélection du mode et de l’alignement avec les aberrations dominantes. Les modes d’ordre inférieur (Z5-Z8) apportent les améliorations les plus importantes, tandis que le chevauchement partiel réduit l’efficacité. Le HOMD augmente la diversité du catalogue de référence, atténue la sensibilité à la dérive et améliore le contraste post-traitement, offrant ainsi une méthode pratique pour améliorer l’imagerie spatiale à contraste élevé et ouvrant la voie à de futures missions telles que l’Observatoire des mondes habitables, qui nécessitera des contrastes extrêmes (∼ 10−10) pour la détection de planètes de type Terre.