Soutenance de Thèse de Mona El Morsy

« Development of a prototype instrument for the characterisation of young giant exoplanets »

La soutenance sera en anglais, et il sera possible d’y assister sur zoom au lien suivant :
https://univ-amu-fr.zoom.us/j/83713561721?pwd=RzA2dklwZ0x4NXZhZVBxSHVoM3cvZz09

Résumé:

Sur les grands télescopes terrestres, la combinaison de l’optique adaptative extrême et de la coronographie avec la spectroscopie à haute dispersion, appelée coronographie à haute dispersion (HDC), est apparue comme une technique puissante pour la caractérisation directe des exoplanètes géantes. La haute résolution spectrale permet de résoudre les raies d’un spectre et permet une meilleure séparation des signaux stellaires et planétaires. L’instrument HiRISE vise à exploiter ces facteurs de succès anticipés et base sa stratégie d’observation sur l’utilisation de quelques fibres scientifiques : l’une est dédiée à l’échantillonnage du signal de la planète, tandis que les autres à échantillonner la lumière résiduelle de l’étoile dans le champ de tavelures. Pour des raisons de précision et de stabilité, les fibres monomodes (SMF) sont optimales pour alimenter en lumière les spectrographes, comme c’est le cas pour HiRISE. Elles sont utilisées dans le plan focal des télescopes pour leur effet de filtrage spatial. Cependant, l’efficacité de couplage d’une PSF dans une SMF est difficile en raison de leurs propriétés intrinsèques.

L’un des défis d’HiRISE réside dans le centrage, dit à l’aveugle, de la PSF d’une planète déjà connue et détectée par SPHERE dans une SMF. Le module d’injection de fibre (FIM) joue un rôle critique puisqu’il va récupérer la PSF de la planète dans SPHERE et l’injecter dans une SMF située dans un toron de fibres afin d’alimenter le spectrographe à haute résolution CRIRES+. Pour maximiser l’efficacité du couplage, la PSF de la planète doit être positionnée avec une précision meilleure que 0,1 lambda/D (4 mas dans la bande H pour SPHERE) afin de minimiser les pertes de flux. Il est donc essentiel de définir la meilleure stratégie possible pour HiRISE afin de centrer la PSF d’une planète sur une SMF.

Dans le cadre de ma thèse, j’ai défini, implémenté et testé trois stratégies de centrage d’une PSF de planète dans une SMF. J’ai mis en œuvre ces approches et comparé leur précision de centrage en utilisant le banc d’imagerie à haut contraste MITHiC, qui reproduit la configuration de l’instrument qui sera utilisée dans le cadre d’HiRISE.
Mes résultats démontrent qu’il est difficile d’atteindre une précision de 0,1 lambda/D , quelle que soit la stratégie de centrage choisie sur MITHiC. Cela nécessite un haut niveau de précision à chaque étape de la procédure de centrage, qui peut être atteint avec des instruments très stables. J’ai étudié les facteurs contribuant à l’erreur de centrage et j’ai proposé une quantification des termes ayant le plus d’impact et l’extrapolation de ces termes dans le cas d’HiRISE.

Il est probable que le HDC continuera à utiliser des spectrographes alimentés par des fibres dans un avenir proche. Mon travail de thèse prépare donc le terrain pour des instruments comme RISTRETTO/VLT, PCS/ELT, MODHIS/TMT — ou des missions phares post-JWST.

Jury members:

Referees:

Dimitri Mawet
Professor of Astronomy; Jet Propulsion Laboratory/California
Institute of Technology, USA

Claire Moutou
Directrice de Recherche CNRS; Institut de Recherche en Astrophysique
et Planétologie (IRAP), France

Examiners:

Elsa Huby
Astronome-adjointe CNAP; Laboratoire d’Etudes Spatiales et
d’Instrumentation en Astrophysique (LESIA)/ Observatoire de
Paris/PSL, France

Alexis Carlotti
Astronome-adjoint CNAP; Institut de Planétologie et d’Astrophysique
de Grenoble (IPAG), France

President:

Jean-Luc Beuzit
Directeur de Recherche CNRS; Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM),
France

PhD advisor:

Arthur Vigan
Chargé de recherche CNRS (HDR); Laboratoire d’Astrophysique de
Marseille (LAM), France