Dans cet essai de cosmologie sauvage, je ne me suis pas adresse aux marquises et aux abbesses, comme le fit Fontenelle, mon lointain predecesseur, en son temps. Mon public est profane et il refuse ...d'emblee la docte ignorance (docta ignorantia) des metaphysiciens et des mystiques, femmes savantes ou esprits credules. Il se mefie aussi bien des mystifications dont se parent parfois les savants et les scientifiques, aussi bien que des fabulations des auteurs de science-fiction, mais il tend l'oreille souvent aux poetes, ecrivains et philosophes inquiets. La cosmologie ou thorie de l'univers est-elle possible et n'est-elle pas limite par un horizon, l'horizon du visible ou de l'observable ? Imaginer un au-del de l'horizon est la tche de la cosmologie spculative qui a remplac la mtaphysique et qui prend alors la relve de la mythologie pour inventer la scne primitive d'une mer originelle. Cette eau originaire, que l'on retrouve chez Thals dans la philosophie grecque prsocratique, n'est pas si loigne des fluctuations du vide quantique et le mythe de l'ocan primitif peut tre peru comme la matrice de toutes les cosmogonies. Mais qui n'abordera jamais les rives de l'origine ? La limite antrieure de l'origine rejoint la limite de l'horizon : toutes deux sont rcessives et l'on ne peut concevoir l'univers que comme une sphre, ce qu'un autre penseur prsocratique, Parmnide, avait bien vu. C'est dans cette sphre que l'observateur local se tient et tient ensemble l'origine et l'horizon pour mesurer l'empan de l'univers, avec la Terre en son centre.
La recherche des exoplanètes traverse aujourd'hui une période décisive. D'un côté, notre connaissance des planètes géantes gazeuses s'est considérablement développée, et l'objectif de la recherche ...est maintenant de caractériser leurs propriétés physiques et de mieux comprendre leurs mécanismes de formation et d'évolution. D'un autre côté, la précision et la stabilité des instruments ont atteint un niveau qui rend techniquement possible la détection de planètes telluriques situées dans la zone habitable de leur étoile. Cependant, les perturbations du signal dues à l'étoile elle-même constituent un obstacle important à cette avancée. Mon travail de thèse se situe à la rencontre de ces problématiques. Il a consisté d'une part en l'analyse de deux relevés de vitesses radiales visant des étoiles relativement exotiques pour la recherche d'exoplanètes: les étoiles naines de type AF massives. Ce travail a donné lieu à la première caractérisation de la population de planètes géantes autour de ces étoiles et a montré que les mécanismes de migration planétaire étaient au moins partiellement inhibés autour de ces étoiles par rapport aux étoiles de type FGKM. Dans un second temps, j'ai conduit les observations et l'analyse des premiers résultats de deux grands relevés de vitesses radiales débutés pendant ma thèse et visant à détecter des planètes géantes en orbite autour d'étoiles jeunes et proches. Ces étoiles jeunes sont les seules sources pour lesquelles une exploration complète des planètes géantes à toutes les séparations devient possible, par combinaison des techniques de vitesses radiales et de l'imagerie. Cette combinaison permettra de tester de manière unique les modèles de formation et d'évolution planétaire. Les résultats provisoires de ces relevés indiquent une absence de planètes géantes à très courte séparation (Jupiters chauds) autour de nos cibles. Un autre résultat intéressant est la découverte d'une binaire spectroscopique eccentrique au centre d'un système planétaire imagé à grande séparation. Pour compléter cette approche observationnelle et mieux évaluer la détectabilité des exoplanètes semblables à la Terre, j'ai étalonné et caractérisé un modèle entièrement paramétré de l'activité d'une étoile semblable au Soleil et de son impact sur les vitesses radiales. Je l'ai dans un premier temps étalonné en comparant ses résultats à ceux obtenus à partir d'observations des zones actives du Soleil, puis je l'ai utilisé pour caractériser l'impact de l'inclinaison de l'étoile sur le signal induit par l'activité. Ce modèle paramétré ouvre de très nombreuses possibilités, étant en effet potentiellement adaptable à des types d'étoiles et d'activité différents. Il permettrait ainsi de caractériser les perturbations en vitesses radiales attendues pour chaque cas testé, et donc à la fois de déterminer quelles étoiles et quels types d'activité sont les plus favorables pour la détection de planètes de masse terrestre dans la zone habitable. En explorant ces trois problématiques en apparence très diverses mais complémentaires, j'y ai retrouvé un motif commun, celui de l'importance des étoiles elles-mêmes et de la physique stellaire pour la recherche d'exoplanètes.
The search for exoplanets has reached a decisive moment. On the one hand, our knowledge of giant gaseous planets has significantly developed, and the aim of the research is now to characterize their physical properties and to better understand the formation and evolution processes. On the other hand, the instrumental precision and stability have reached a level that makes it technically possible to detect telluric planets in the habitable zone of their host star. However, the signal alterations induced by the star itself definitely challenge this breakthrough. My PhD stands at the crossroads of these problems. It consisted first in the analysis of two radial velocity surveys dedicated to stars somewhat exotic to exoplanet searches: the massive AF dwarf stars. This work has led to the first characterization of the giant planet population found around these stars and has showed that the planetary migration mechanisms were at least partially inhibited around these stars compared to FGKM stars. I then made the observations and the first analysis of two radial velocity surveys dedicated to the search for giant planets around young, nearby stars. Young stars are the only sources for which a full exploration of the giant planets at all separations can be reached, through the combination of radial velocities techniques and direct imaging. Such a combination will allow to test uniquely the planetary formation and evolution processes. The first results of these surveys show an absence of giant planets at very short separations (Hot Jupiters) around our targets. Another interesting result is the detection of an eccentric spectroscopic binary at the center of a planetary system imaged at a wide separation. To complete this observational approach and better estimate the detectability of Earth-like planets, I calibrated and characterized a fully parameterized model of the activity pattern of a Sun-like star and its impact on the radial velocities. I first calibrated it by comparing it to the results obtained with observations of the solar active structures, and then characterized the impact of stellar inclination on the activity-induced signal. Such a fully parameterized model is potentially adaptable to different types of stars and of activity and would thus allow to characterize the expected radial velocity jitter for each tested case, and then allow both to determine which types of stars and of activity patterns are the most favorable for detecting Earth-like planets in the habitable zone. While investigating these three seemingly different but complementary topics, I found that they shared a basic feature, namely the importance of the stars themselves and of stellar physics in exoplanet searches.
Les étoiles de type solaire génèrent un champ magnétique dans leur enveloppe convective grâce à l'effet dynamo. De l'énergie magnétique est injectée dans leur atmosphère étendue, la couronne, qui est ...chauffée à quelques millions de Kelvin. Le gradient de pression entre la base de la couronne et le milieu interstellaire produit alors un vent de particules chargées responsable du freinage rotationnel de l'étoile sur la séquence principale. Après une première partie introduisant les concepts fondamentaux de la magnétohydrodynamique stellaire, cette thèse se consacre à l'influence du vent magnétisé sur la rotation stellaire et la couronne. À l'aide d'un ensemble de 60 simulations MHD axisymétriques, nous quantifions en premier lieu l'influence de la topologie magnétique sur le freinage. Nous démontrons l'efficacité d'une nouvelle formulation de freinage qui permet de prendre en compte des topologies arbitrairement complexes grâce au flux ouvert magnétique. Nous proposons ensuite une méthode pour estimer le flux ouvert des étoiles de type solaire à partir de modèles analytiques de reconstruction coronale, qui permettent l'utilisation de cette formulation dans les modèles d'évolution rotationnelle. Enfin, à l'aide de simulations entièrement tridimensionnelles contraintes par des champs magnétiques observés, nous étudions l'évolution des propriétés du vent avec l'âge des étoiles. En modélisant l'évolution de la température et de la densité coronale en fonction du taux de rotation de l'étoile, nous retrouvons les prescriptions usuelles des modèles d'évolution rotationnelle. Les simulations 3D permettent également d'accéder à la structure complexe de la couronne organisée en régions ouvertes et fermées. Nous démontrons également que, pour les étoiles jeunes, la distribution de vitesse du vent est trimodale du fait de l'effet magnéto-centrifuge et de l'expansion superradiale des lignes de champ magnétique.La troisième partie de cette thèse aborde les interactions magnétiques étoile-planète sous deux aspects. Tout d'abord, lorsque la planète est proche, un couplage magnétique permet un échange de moment cinétique entre les deux corps. Nos travaux quantifient pour la première fois ces couples magnétiques en fonction des paramètres stellaires et des paramètres orbitaux de la planète, grâce à des simulations MHD 2D et 3D. Ce couple apparaît comme un facteur non négligeable de la migration de Jupiter chauds vers leur étoile hôte. Puis, dans le cas d'une planète plus lointaine, nous nous intéressons aux émissions radios créées dans les magnétosphères planétaires à travers l'exemple de Mercure, ouvrant la voie à la détection et à la caractérisation de magnétosphères exoplanétaires.
Solar-like stars are believed to generate magnetic fields in their convective envelope through dynamo processes. Magnetic energy is injected in their extended atmosphere, the corona, which is heated up to few million Kelvin. The outward pressure gradient drives a magnetized stellar wind that induces a rotational braking on the star.We first focus on the consequences of this magnetized outflow on stellar rotation. Thanks to 2.5D MHD wind simulations, we quantify the influence of complex topologies of the magnetic field on the efficiency of the braking. We derive a general formulation that accounts for arbitrary complex magnetic topologies using the open magnetic flux. We propose a way to estimate the open magnetic flux for solar-like stars thanks to semi-analytical models, in order to use our formulation in rotational evolution models. We then use 3D simulations constrained by spectropolarimetric maps to study the evolution of stellar winds with age. Our simulations, thanks to prescriptions on the evolution of the coronal base density and temperature, are in good agreement with empirical rotational models. Moreover, we unravel the complex structure of realistic coronae made of dead zones and open regions. We also demonstrate that young and fast rotating stars have a trimodal wind speed distribution due to the magneto-centrifugal effect and superradial flux tube expansion.The last part of this thesis discusses the interaction of stellar winds with planets. We demonstrate that close-in planets, such as hot Jupiters, experience star-planet magnetic interactions that have a significant influence on their migration time scale toward the star. We then quantify the radio emission due to energy transfer between the stellar (or solar) wind and electrons of the planetary magnetospheres through the example of Mercury. This study is a first step toward the characterization of exoplanetary magnetospheres.
Entretien avec Laurent Genefort Genefort, Laurent; Bréan, Simon; Minne, Samuel
ReS Futurae,
05/2015, Letnik:
5
Journal Article
Odprti dostop
Dans cet entretien, Laurent Genefort se penche sur les liens entre sa carrière d’écrivain et ses recherches universitaires, ainsi que sur les croisements entre sa pratique de la science-fiction en ...littérature et dans les jeux vidéo.
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