Ma thèse en 400 mots : Louis-Philippe Coulombe

Louis-Philippe Coulombe, doctorant à l’IREx, a récemment terminé son doctorat à l’Université de Montréal. Il nous présente ici un résumé de ses recherches sur les atmosphères d’exoplanètes et le télescope spatial James Webb.

Au cours des trois dernières décennies, les astronomes ont découvert un véritable zoo d’exoplanètes, des planètes qui orbitent autour d’autres étoiles. Certaines ont une taille et une température semblables à celles de la Terre, tandis que d’autres sont plus grosses que Jupiter et atteignent des températures comparables à celles des étoiles. Cette diversité soulève une question fondamentale : qu’est-ce qui détermine la composition chimique, la température, les nuages et la météo de ces mondes lointains?

Vue d’artiste de LTT 9779 b, une exoplanète ultra-chaude de la taille de Neptune. Les observations réalisées avec le télescope spatial James Webb ont révélé des variations de température et de réflectivité à la surface de la planète, montrant que son hémisphère ouest est plus froid et plus nuageux, probablement en raison de vents qui transportent la chaleur vers l’est. Crédit : Benoît Gougeon (UdeM)

Pour les planètes qui passent devant leur étoile de notre point de vue, les astronomes peuvent utiliser plusieurs techniques pour étudier leur atmosphère. En observant différentes longueurs d’onde (couleurs) de la lumière, nous pouvons mesurer la lumière réfléchie par une planète, la chaleur qu’elle émet et la lumière de son étoile qui traverse son atmosphère. Ensemble, ces mesures nous renseignent sur la composition, la température et les nuages de ces mondes lointains.

Avant le télescope spatial James Webb (JWST), nos capacités à étudier l’atmosphère des exoplanètes étaient limitées. Un an après le début de mon doctorat, le JWST a été lancé et a rapidement révolutionné le domaine. Mes recherches doctorales visaient à déterminer et à explorer les capacités du JWST pour caractériser l’atmosphère des exoplanètes grâce à la lumière réfléchie, à l’émission thermique et à la spectroscopie de transmission.

Dans ma première étude, je me suis intéressé à WASP-18 b, une planète de la taille de Jupiter extrêmement chaude. Lorsque la planète est passée derrière son étoile, le JWST nous a permis d’isoler la lumière provenant de la planète elle-même. Nous avons découvert que la composition de son atmosphère était semblable à celle du Soleil et avons produit une carte de sa face diurne brûlante, révélant de puissantes forces qui façonnent ses vents.

Image fournie par Louis-Philippe Coulombe.

J’ai ensuite utilisé l’instrument NIRISS/SOSS du JWST pour étudier LTT 9779 b, une Neptune ultra-chaude, pendant une orbite complète autour de son étoile. Nous avons constaté que la planète apparaît brillante aux courtes longueurs d’onde parce que son atmosphère réfléchit la lumière de son étoile, tandis que dans l’infrarouge, nous observons plutôt la chaleur émise par la planète. Nous avons ainsi pu cartographier sa réflectivité et sa température, révélant un hémisphère ouest plus froid et plus nuageux, probablement parce que les vents transportent la chaleur vers l’est.

Enfin, j’ai analysé le transit de TOI-270 b, une super-Terre tempérée, observée avec l’instrument NIRSpec/G395H du JWST. En affinant les mesures de la densité de la planète et en modélisant sa structure interne, nous avons constaté que l’eau pourrait représenter quelques pour cent de sa masse. Les observations du JWST ont également révélé des indices de vapeur d’eau dans son atmosphère, faisant de TOI-270 b une candidate prometteuse au titre de monde riche en eau.

Tout au long de mon doctorat, j’ai démontré comment le JWST peut révéler la composition chimique, les températures, les nuages et la météo de planètes couvrant une remarquable diversité de tailles et de températures. Ensemble, ces observations nous rapprochent d’une compréhension de l’extraordinaire diversité des atmosphères planétaires au-delà de notre Système solaire.

Pour en savoir plus

Louis-Philippe a réalisé son doctorat entre 2021 et 2025, sous la direction du professeur Björn Benneke, membre de l’IREx. Sa thèse « Transmission, émission et réflexion : dévoiler les processus physiques et chimiques des atmosphères exoplanétaires avec le JWST » est disponible sur Papyrus.