Ma thèse en 400 mots : Caroline Piaulet-Ghorayeb

Caroline Piaulet-Ghorayeb, étudiante à l’IREx, a terminé son doctorat à l’Université de Montréal l’automne dernier. Elle résume ici son projet de recherche de doctorat.

Il y a près de trente ans, la découverte d’une planète autour d’une autre étoile que le Soleil (exoplanète), a révolutionné notre vision de notre place dans l’Univers. Avec plus de 5000 exoplanètes confirmées à ce jour, on sait maintenant que la plupart des étoiles abritent des systèmes planétaires. Cependant, seules quelques dizaines d’atmosphères d’exoplanètes ont été étudiées jusqu’à maintenant, la plupart d’entre elles appartenant à des géantes gazeuses, plus accessibles. Dans le contexte de ma thèse, j’ai exploré la diversité des atmosphères d’exoplanètes de toutes tailles, des petites planètes terrestres aux planètes géantes gazeuses, afin de faire le lien entre leur composition et leur historique de formation et d’évolution. 

Je me suis tout d’abord penchée sur WASP-107 b, une planète de la taille de Jupiter mais environ 10 fois plus légère, qu’on surnomme parfois une planète « barbe à papa ». Après quatre ans d’observations avec le télescope Keck à Hawaii, on a obtenu une nouvelle mesure de sa masse, trop faible pour expliquer sa formation aussi proche de son étoile (à seulement 5.5% de la distance Terre-Soleil). Nous avons conclu que ces planètes « barbe à papa » pourraient se former bien plus loin de leur étoile et ne s’en rapprocher que plus tard. 

Ensuite, j’ai étudié les petites planètes Kepler-138 c et d (environ 1,5 fois la taille de la Terre), en utilisant des données des télescopes spatiaux Kepler, Hubble, et Spitzer. En étudiant le mouvement de ces planètes, j’ai conclu que leur densité était compatible avec une composition riche en eau, s’étendant de leur atmosphère gazeuse jusqu’à un océan supercritique à haute pression au-dessus du cœur rocheux. Il s’agirait d’un nouveau type de planète, une version plus chaude des lunes glacées Europe et Ganymède qui se trouvent autour des planètes géantes de notre système solaire. Il sera nécessaire de confirmer cette hypothèse via des observations atmosphériques. J’ai par la suite exploré la composition atmosphérique d’une autre petite planète, GJ 9827 d, pour laquelle nos observations avec le télescope spatial JWST ont permis de détecter la présence de grandes quantités d’eau, compatibles avec le scénario proposé pour Kepler-138 c et d.

Finalement, j’ai analysé des observations JWST de TRAPPIST-1 d, qui mesure environ 80% de la taille de la Terre et pourrait abriter un océan d’eau liquide. Malgré la grande précision de nos observations, nous n’avons pas pu confirmer la présence d’une atmosphère: soit celle-ci est très mince, soit elle a été perdue au fil du temps en raison de l’irradiation de l’étoile hôte.

Grâce à des observations de plus en plus précises, nous entrons dans une ère fascinante de découvertes révélant la diversité des compositions des exoplanètes et se rapprochant de l’étude de planètes potentiellement habitables. 

Pour en savoir plus

Caroline a complété son PhD à l’Université de Montréal entre 2019 et 2024, sous la supervision du professeur Björn Benneke de l’IREx. Sa thèse est disponible sur Papyrus.