Mon mémoire en 400 mots : Katherine Thibault

Katherine Thibault, étudiante à la maîtrise à l’iREx, a récemment complété sa maîtrise à l’Université de Montréal. Elle résume ici son projet de recherche.

Tout comme le Soleil, la majorité des étoiles deviendront des naines blanches. Une naine blanche est un petit objet stellaire dense qui subsiste après que les étoiles de taille petite à moyenne aient épuisé leur combustible nucléaire et se soient débarrassées de leurs couches externes. Bien que des milliers d’exoplanètes aient été découvertes jusqu’à maintenant, peu ont été découvertes autour de naines blanches.

Une théorie populaire suggère toutefois que des planètes géantes peuvent survivre autour de ces restes stellaires. Les géantes planètes du système solaire survivront-elles à la mort du Soleil? Mon projet de maîtrise consistait à rechercher des exoplanètes à l’aide des observations de quatre naines blanches avec l’instrument MIRI à bord du télescope spatial James Webb. MIRI est conçu pour observer l’univers dans le spectre infrarouge moyen, ce qui permet aux astronomes d’étudier un large éventail de phénomènes, notamment la recherche d’exoplanètes en orbite autour de naines blanches.

Image : Représentation artistique d’une exoplanète et d’un disque de débris en orbite autour d’une naine blanche. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Il est difficile de chercher des planètes autour des naines blanches, notamment à cause de leur petite taille et de leurs raies spectrales peu nombreuses. J’ai donc utilisé la technique d’imagerie de noyaux de phase, qui permet la recherche d’exoplanètes à des séparations angulaires très petites, allant jusqu’à la moitié de la limite de diffraction. Il s’agit de détecter un signal astrophysique par l’entremise de l’annulation des erreurs de phase instrumentales produites par le télescope. Ce signal est calibré avec une source ponctuelle à haut signal sur bruit, appelé calibrateur, afin d’éliminer les artefacts produits par le détecteur du télescope.

Avec les analyses des naines blanches WD 2149+021, WD 1202-232, WD 1620-391 et WD 2105-82 et la technique d’imagerie par noyaux de phase, ce projet a permis de découvrir deux exoplanètes candidates, soit WD 1202-232 b et WD 2105-82 b. Ces candidates sont situées à 1230±20 milliarcsecondes et 2210±20 milliarcsecondes de leur étoile, avec des rapports de flux de 63±2 et 29±3, respectivement. Si les candidates sont confirmées, les masses de WD 1202-232 b et WD 2105-82 b se situerait respectivement entre 1 et 7 et 1 et 2 fois la masse de Jupiter. Cette découverte ouvre la voie à davantage d’observations de naines blanches afin de confirmer la survie des planètes géantes après la mort de leur étoile.

En plus, afin de tester les performances de l’imagerie par noyaux de phase avec les observations de MIRI à différents régimes de signal sur bruit, j’ai fait des analyses et des simulations de récupération d’exoplanètes autour de naines blanches. Les simulations nous ont révélé l’importance d’un haut signal sur bruit pour la cible observée plus que pour le calibrateur. Toutefois, la découverte d’un compagnon varie beaucoup en fonction de la position et du contraste de ce dernier par rapport à son étoile. Ainsi, pour des observations à haut signal sur bruit, la technique d’imagerie par noyaux de phase est prometteuse pour la recherche d’exoplanètes autour de naines blanches en raison de sa capacité à détecter des signaux astrophysiques à de très petites séparations angulaires.

Pour en savoir plus

Katherine a fait sa maîtrise entre 2022 et 2023, sous la supervision du professeur David Lafrenière de l’iREx. Sa thèse est disponible en ligne via Papyrus.