Exploration des planetes géantes extrasolaires – GIPSE

Les planètes géantes jouent un rôle majeur lors de la formation des systèmes planétaires; une bonne connaissance de la population des planètes géantes est donc nécessaire à une compréhension globale de la formation et de l'évolution des systèmes planétaires. Cependant, nous n'avons aujourd'hui qu'une vue très partielle de cette population, parce que les techniques d'exploration indirectes (méthode des vitesses radiales, méthode des transits) ne sont sensibles qu'aux planètes relativement proches de leur étoile (typ. < 5AU) tandis que les techniques directes (imagerie) n'étaient sensibles jusqu'à présent, qu'aux planètes très éloignées de leur étoile (typ. > 10-20 AU). De plus, les techniques directes et indirectes se sont jusqu'à maintenant focalisées, pour des raisons de capacités instrumentales, sur des objets d'âges très différents: étoiles sur la séquence principale ou évoluées pour les techniques indirectes, étoiles jeunes pour les techniques directes. De ce fait, il n'existe aujourd'hui aucune étoile pour laquelle un sondage complet de sa population en planètes géantes ait été réalisé. Il faudra attendre une ou deux décennies pour disposer d'un tel sondage pour des étoiles semblables au Soleil.

Nous proposons dans cette ANR de remplir ce gap, pour la première fois. Pour cela, nous proposons de 1/ réaliser le premier “survey” complet de planètes géantes autour d'un échantillon bien choisi d'étoiles; 2/ dériver de ce “survey” la fréquence et les principales propriétés orbitales des planètes géantes autour de ces étoiles, 3/ contraindre les modèles de formation de géantes et leur évolution précoce, et 4/ procéder à des études détaillées de systèmes individuels. Ce projet est rendu possible, pour la première fois, grâce à la conjonction de la mise en service d'imageurs “haut contraste” dédiés à la recherche d'exoplanètes géantes autour des étoiles jeunes dune part, et d'autre part, à la maturité des techniques d'analyse de données de vitessses radiales, qui permettent d'envisager désormais la recherche de planètes géantes autour des étoiles jeunes (et donc actives).

Notre programme d'observations est sécurisé : il repose sur deux Grands Programmes à l'OHP(instruments Sophie) et sur le 3.6m de l'ESO (instrument Harps), ainsi que sur des nuits de temps garanti sur l'instrument SPHERE actuellement en cours d'installation sur le VLT. Les outils nécessaires à la réduction des données ou à l'interprétation (modèles) sont soit existants, soit seront utilisés via des collaborations déjà établies, ou enfin, font partie intégrante de notre projet. Nous avons soigneusement sélectionné un échantillon d'étoiles parmi les associations jeunes et proches, qui est bien adapté à la fois à la recherche de planètes par la méthode des vitesses radiales et en imagerie directe.

Ce travail permettra de contraindre les processus de formation des planètes géantes (prévalence du processus d'accrétion sur un coeur rocheux versus instabilité gravitationnelle au sein du disque protoplanétaire), les processus d'évolution (interaction disque-planète, interaction planète-planète) et leurs échelles de temps associées. Enfin, des études détaillées de systèmes individuels seront effectuées; de telles études se sont révélées très précieuses pour progresser dans la connaissance des systèmes exoplanétaires.

Notre équipe a une forte expérience, tant dans l'imagerie haut contraste (PI/PS des instruments majeurs dans ce domaine: NACO et aujourd'hui SPHERE; découverte et étude de plusieurs planètes en imagerie directe), que dans le domaine des vitesses radiales (mise au point d'outils permettant la mesure des vitesses radiales d'étoiles en rotation rapide; étude de faisabilité de la détection d'exoplanètes autour des étoiles jeunes; études quantitatives de l'impact de l'activité stellaire sur la détéctabilité des planètes).