Ma thèse en 400 mots : Charles Cadieux

Charles Cadieux, étudiant à l’IREx, a terminé son doctorat à l’Université de Montréal en février dernier. Il résume ici son projet de recherche de doctorat.

Une des grandes surprises du domaine des exoplanètes, qui évolue rapidement depuis 30 ans, est que les exoplanètes les plus communes ont une taille intermédiaire entre celle de la Terre et de Neptune. Une séparation marquée autour de 1,7 fois la taille de la Terre distingue les exoplanètes de type super-Terres, rocheuses, des sous-Neptunes riches en gaz.

Durant mon doctorat, je me suis concentré sur trois systèmes de super-Terres tempérées autour d’étoiles de type M (naines rouges), plus petites et moins massives que le Soleil. Mon objectif était de contraindre la composition interne et atmosphérique des super-Terres afin, entre autres, de tester certaines théories de formation planétaire. Pour ce faire, j’ai employé la méthode du transit, qui permet de mesurer la taille d’une exoplanète et, dans certains cas, la composition chimique de son atmosphère. J’ai également utilisé la spectroscopie Doppler pour déterminer la masse des exoplanètes en mesurant les variations de vitesse qu’elles induisent sur leur étoile hôte.

Un premier résultat clé de ma thèse fut la découverte de TOI-1452 b, une super-Terre tempérée qui orbite autour d’une naine rouge du voisinage solaire tous les 11,06 jours. Notre estimation de la masse et du rayon de TOI-1452 b, couplée à des modèles de structure interne, suggèrent que 20% de la masse de cette planète pourrait être de l’eau. TOI-1452 b est donc une potentielle  planète océanique, un type d’exoplanète prédit en théorie, mais pas encore confirmé hors de tout doute par les observations. Ces super-Terres rocheuses ont une faible densité qui suggère une composition beaucoup plus riche en eau que la Terre ou que les planètes rocheuses du Système solaire.

Ensuite, nous avons revisité le système LHS 1140. Une analyse d’observations d’archive nous a permis de raffiner les mesures de rayon et de masse et révèle que l’une des deux super-Terres, LHS 1140 b, est moins dense que précédemment estimé. L’hypothèse que ce soit une mini-Neptune a aussi été écartée, grâce à des observations obtenues avec le télescope spatial James Webb en décembre 2023. Ces observations suggèrent par ailleurs la possibilité que cette planète ait une atmosphère riche en azote. Si confirmé, ce serait la première détection d’une atmosphère similaire à la Terre sur une exoplanète potentiellement habitable!

Enfin, je me suis intéressé au système L 98-59, qui comprend quatre petites exoplanètes sur des orbites compactes de moins de 12 jours. À cause de l’interaction gravitationnelle entre elles, le moment précis où elles passent devant leur étoile varie. Une analyse de ces légères variations a permis de dévoiler l’architecture du système, et de confirmer la présence d’une cinquième planète dans le système, une super-Terre située dans la zone habitable. Ce système présente des exoplanètes aux compositions variées, offrant une opportunité unique d’étudier les mécanismes de formation planétaire.

En résumé, ces découvertes, de même que plusieurs autres publiées récemment dans la littérature, pointent vers l’existence des planètes océaniques. Autour des naines M, ces planètes se formeraient donc sans doute loin de leur étoile hôte, là où l’eau liquide est abondante, avant de migrer vers les orbites internes où elles se trouvent aujourd’hui.

Pour en savoir plus

Charles a complété son PhD à l’Université de Montréal entre 2020 et 2025, sous la supervision du professeur René Doyon de l’Université de Montréal. Sa thèse, Caractérisation de super-Terres tempérées autour d’étoiles de faible masse pour contraindre leur composition interne et atmosphérique, est disponible sur Papyrus.