Frédérique Baron

Frédérique Baron est gestionnaire de projets d’instrumentation au Laboratoire d’astrophysique expérimentale (LAE) de l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM). Elle est aussi actuellement la coordonnatrice du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ). Elle était auparavant médiatrice scientifique à l’Institut de recherche sur les exoplanètes en 2020-2021, ainsi que la coordonnatrice scientifique à l’éducation et au rayonnement par intérim, en 2018-2020. Elle a fait sa thèse de doctorat à l’Université de Montréal sous la supervision de David Lafrenière et Étienne Artigau, et elle se spécialise dans la recherche de planètes géantes gazeuses à grandes séparations à l’aide de la méthode d’imagerie directe.

Le projet de doctorat (2014-2019) de Frédérique Baron était comme objectif de rechercher, par imagerie directe, des compagnons exoplanètes à très grande orbite autour des 180 étoiles les plus jeunes du voisinage solaire. Les exoplanètes recherchées auraient une masse de 1 à 10 fois la masse de Jupiter, un demi-grand axe entre 1000 et 5000 unités astronomiques (UA) et orbiteraient autour d’étoiles ayant un âge inférieur à 100 millions d’années.

Cette étude a permis de déterminer la fréquence des compagnons planétaires très éloignés autour d’étoiles jeunes et d’établir la distribution en masse et en séparation de ces planètes, ce qui permet d’essayer de contraindre leur processus de formation. En effet, la plupart des exoplanètes connues ont été trouvées grâce à la méthode de vitesse radiale ou de transit, qui permettent de détecter des planètes situées beaucoup plus près de leur étoile, soit à moins de 5 AU et 1 AU respectivement. La technique d’imagerie directe permette de trouver les planètes plus éloignées. En effet, les exoplanètes qui orbitent autour de ces étoiles jeunes viennent tout juste de se former et possèdent encore une grande énergie thermique découlant de leur contraction gravitationnelle. Lorsque leur formation est achevée, les planètes géantes se refroidissent rapidement et deviennent de moins en moins brillantes.

Pour ce projet, les techniques d’imagerie à haut contraste destinées à éliminer la lumière aveuglante de l’étoile ne sont pas nécessaires. Par contre, puisque la masse des planètes recherchées sera aussi petite que celle de Jupiter, il sera essentiel d’avoir une bonne sensibilité à détecter des objets de faible luminosité. Les étoiles de l’échantillon ont été observées avec le télescope Canada-France-Hawaii, un observatoire situé  au sommet du Mauna Kea à Hawaï, le télescope Gemini-Sud, un observatoire situé au Cerro Pachón au Chili, ainsi qu’avec le télescope spatial Spitzer. En particulier, les travaux de Frédérique Baron ont permis d’apporter des contraintes à la distribution de planètes géantes autour d’étoiles jeunes à grandes séparations et de montrer que ces objets sont assez rares. La faible fréquence de planètes géantes à très grandes séparations par étoile pourrait être un indice que ces objets se forment plutôt comme des naines brunes par fragmentation de nuages moléculaires, plutôt que comme des planètes géantes, formées dans un disque protoplanétaire.

À la maîtrise (2012-2014), Frédérique a travaillé sur un projet intitulé Recherche et caractérisation de systèmes binaires à grande séparation dont une des composantes est tardive. Il s’agissait d’étudier 29 paires d’étoiles candidates et de déterminer si chaque paire forme un système binaire. La caractérisation de ces systèmes binaires permet d’en apprendre plus sur leur formation, ainsi que sur celle des étoiles en général. En effet, ces systèmes, étant formés d’étoiles de faible masse très éloignées, sont fort peu liés gravitationnellement. Ces systèmes binaires sont en outre particulièrement intéressants dans le cas où le compagnon stellaire est une naine brune, puisque le processus de formation de ces objets est mal connu.

Plusieurs mécanismes de formation d’étoiles de faible masse et de naines brunes impliquent des processus violents qui doivent, en principe, séparer les paires d’étoiles faiblement liées gravitationnellement. L’étude de ce genre de systèmes sert ainsi à fixer des conditions limites quant aux systèmes binaires qui peuvent se former efficacement, afin de développer une éventuelle théorie de formation stellaire complète. De plus, une bonne caractérisation de l’étoile primaire de ces systèmes permet d’estimer leur âge, ce qui est très difficile par d’autres moyens.

Quatorze nouveaux systèmes binaires, ayant une séparation supérieure à 250 UA et dont l’une des composantes est une naine M tardive ou une naine L, ont été découverts dans le cadre de ce projet de recherche. La présence de systèmes formés d’une étoile naine de type M et d’un compagnon sous-stellaire séparés par plus de 250 AU parmi les candidats est très intéressante, car très peu de systèmes de ce genre ont été découverts jusqu’à présent.