Published October 8, 2019 | Version v1
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Exoplanet Detection around M Dwarfs with Near Infrared and Visible Spectroscopy

Description

In recent years, exoplanet science has begun to focus on M-dwarf stars as highly interesting targets for exoplanet detection and characterisation. The reasons for this are multiple: M dwarfs are the most common stars in the galaxy; their small size means smaller exoplanets can be detected than around G-type stars; the liquid-water habitable zone is closer to the star, hence these planets are faster and easier to detect. The emerging population of planets hosted by M dwarfs shows intriguing characteristics compared to planets hosted by FGK stars, such as a lack of hot Jupiters, and an uncertain planet metallicity correlation. The aim of this thesis is to explore the detection of exoplanets around M dwarfs via the radial velocity method, in both the near infrared and visible domains. I also carried out a statistical analysis of the known population of planets around M dwarfs, as it stood both at the start of the thesis and at its conclusion. In the visible, I worked with the SOPHIE spectrograph at the Observatoire de Haute- Provence, as part of the SOPHIE exoplanets consortium. This group, which nucleates researchers in multiple institutes in France and neighbouring countries, has been carrying out several long-term exoplanet surveys, one of which focuses on the search for planets around M dwarfs (with special attention to Neptunes and super-Earths). I applied a template-matching algorithm to the targets of this subprogram, and analysed the resulting radial velocity time series. Through this analysis, I was able to confirm the significance of periodic signals that, while apparent in the traditional CCF analysis, were partially hidden by noise. I also studied a variety of stellar activity indicators, identifying those most suited to SOPHIE spectra. The first four exoplanets from this subprogram have recently been published; I was lead author for two of the three papers. In the near infrared, I worked with the SPIRou spectropolarimeter at the Canada France Hawaii Telescope, as part of the SPIRou consortium. This new instrument was conceived specifically for the observation of M dwarfs, which are faint in the visible and emit most of their radiation in the infrared. I worked on the development of the data reduction pipeline, with specific focus on the wavelength solution - that is, the correspondence between pixel position and wavelength, which is crucial to the measurement of precise radial velocities. I developed and tested ways to combine different wavelength calibrators, for an accurate wavelength solution. (author)

Abstract (French)

Recemment, la science exoplanetaire s'est focalise sur les etoiles M comme cibles interessantes pour la detection et caracterisation des exoplanetes. Il y a plusieurs raisons pour ca: Les naines M sont les etoiles les plus communes de la galaxie; leur petit taille implique qu'on peut detecter des planetes plus petits qu'autour des etoiles G; la zone d'habitabilite d'eau liquide est plus proche a l'etoile. La population emergente de planetes autour de naines M montre des caracteristiques intrigantes par rapport aux planetes des etoiles FGK, comme l'absence des Jupiters chauds, et l'incertitude de la correlation planete-metalicite. L'objectif de cette these est d'explorer la detection d'exoplanetes autour de naines M par la methode de vitesse radiale, dans les domaines du visible et du prochaine infrarouge. J'ai aussi realise une analyse statistique de la population connue de planetes autour de naines M, comme il etait au debut et a la fin de la these. Dans le visible, j'ai travaille avec le spectrographe SOPHIE a l'Observatoire d'Haute- Provence, comme partie du consortium SOPHIE exoplanetes. Ce groupe, qui regroupe des chercheurs dans multiples instituts en France et des pays voisins, a effectue divers programmes de recherche d'exoplanetes, dont une se focalise sur la recherche de planetes autour de naines M (avec speciale attention aux Neptunes et superTerres). J'ai applique un algorithme 'template-matching' aux cibles de ce sous-programme, et analyse les series de vitesse radiale resultantes. A partir de cette analyse, j'ai pu confirmer l'importance des signaux periodiques que, si bien presents dans l'analyse CCF traditionnel, etaient partiellement caches par le bruit. J'ai aussi etudie une variete d'indices d'activite, trouvant ceux qui sont mieux adaptes aux spectres de SOPHIE. Les premieres quatre exoplanetes issus de ce sous-programme ont recemment ete publiees; j'ai ete premiere auteure pour deux des trois articles. Dans le proche infra-rouge, j'ai travaille avec le spectropolarimetre SPIRou au Canada France Hawaii Telescope, comme partie du consortium SPIRou. Ce nouvel instrument a ete concu specifiquement pour l'observation des naines M, qui sont faibles dans le visible et emettent la plupart de leur radiation dans le proche infra-rouge. J'ai travaille sur le developpement du systeme de reduction des donnees, particulierement sur la solution en longueur d'onde - c'est a dire, la correspondance entre la position en pixels et la longueur d'onde, qui est cruciale pour mesurer des vitesses radiales precises. J'ai developpe et teste des facons de combiner differents calibreurs de longueur d'onde, pour obtenir une solution en longueur d'onde precise. (auteur)

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Additional details

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Original title (English)
Detection des exoplanetes autour de naines M par spectroscopie proche infra-rouge et visible

Publishing Information

Imprint Pagination
160 p.
Report number
FRNC-TH--13542

INIS

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Notes
212 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses