Diagnostics of Doppler spectroscopy for the search and characterization of extrasolar planets
Diagnostics de spectroscopie Doppler pour la recherche et la caractérisation des exoplanètes
Résumé
Doppler spectroscopy has led to the discovery of most of the 500 known exoplanets. Improving the precision of radial velocity measurements reveals different populations of planets with masses and radii smaller and/or with a greater distance from their star. This thesis examines the causes of variations in radial velocity measurements in order to improve measurement accuracy and also to detect and characterize extrasolar planets. First, I identify and test corrections to instrumental limitations of the high-resolution spectrograph SOPHIE; effects in radial velocity might come from data reduction as well as equipment (atmospheric dispersion compensator, stability of spectrograph illumination). The variability of the stars is also an important source of noise. Spectroscopic indices and simulations are studied in a second part to identify, characterize and then subtract the effects of stellar photospheric activity. In a third step, I describe the analysis of radial velocity measurements that led to the detection of several planets in the research programs of the SOPHIE Consortium. The parameters of these systems are discussed in relation to those of known planets and their contributions to the theoretical scenarios of formation and evolution of exoplanets. Doppler spectroscopy is also used to characterize transiting planets. The final section discusses the follow-up of transit detections, measurement of the Rossiter-McLaughlin effect and the search for atmospheric compounds.
La spectroscopie Doppler a conduit à la découverte de la plupart des 500 exoplanètes connues à ce jour. En améliorant la précision des mesures de vitesse radiale, on révèle différentes populations de planètes de masses et de rayons plus faibles et/ou plus éloignées de leur étoile. Cette thèse examine les différentes causes de variations des mesures de vitesse radiale de façon d'une part à améliorer la précision des mesures et d'autre part à détecter et caractériser des exoplanètes. Tout d'abord, je détermine et propose des corrections aux limitations instrumentales du spectrographe à haute-résolution SOPHIE; les effets en vitesse radiale pouvant provenir de la réduction des données comme du matériel (correcteurs de dispersion atmosphérique, stabilité de l'illumination du spectrographe). La variabilité des étoiles est aussi une source importante de bruit. Des indices spectroscopiques et des simulations sont étudiés dans une deuxième partie afin de repérer, caractériser puis soustraire les effets de l'activité stellaire photosphérique. Dans un troisième temps, je décris l'analyse des mesures de vitesse radiale qui a conduit à la détection de plusieurs planètes dans le cadre des programmes de recherche du Consortium SOPHIE. Les paramètres de ces systèmes sont discutés en regard de ceux des planètes connues ainsi que leurs apports pour les scénarios théoriques de formation et d'évolution des exoplanètes. La spectroscopie Doppler est aussi utilisée pour caractériser les planètes en transit. Dans une dernière partie, on aborde le suivi en vitesse radiale des détections par transit, la mesure de l'effet Rossiter-MacLaughlin et la recherche de composants atmosphériques.