Description du sujet de thèse

La thèse est centrée sur le développement de techniques innovantes pour la la recherche d'exoplanètes dans des systèmes binaires proches du Soleil, en utilisant l'astrométrie à très haute précision de Gaia DR4 et GRAVITY+.
La thèse, de nature observationnelle, s'inscrit dans le domaine général des exoplanètes. Le travail proposé se situe à l'interface entre l'astrométrie (spatiale et depuis le sol) et l'interférométrie optique.
La disponibilité de l'astrométrie Gaia DR4 fin 2026 ouvre des perspectives exceptionnelles pour la détection d'exoplanètes dans les systèmes stellaires proches. Parallèlement, l'instrument GRAVITY+ est en phase finale de tests à Paranal et une demande de temps d'observation a été déposée début 2025 pour préparer le travail de thèse.
- Astrométrie spatiale avec Gaia DR4 : La publication fin 2026 du 4ème catalogue de la mission européenne Gaia (Gaia DR4) va ouvrir des possibilités extraordinaires sur l’étude de très nombreuses étoiles binaires. Pour la première fois, les mesures astrométriques individuelles de l’instrument (de l’ordre d’une centaine par étoile) seront disponibles. Ceci permettra de réaliser une analyse très précise des anomalies présentes dans le déplacement apparent des étoiles. Le mouvement orbital de deux étoiles est prédictible très précisément grâce aux lois de Kepler. Si on ajoute une exoplanète en orbite autour d’une des deux étoiles, celle-ci induira un déplacement supplémentaire périodique de l’étoile concernée, qu’il sera possible de détecter grâce aux données Gaia comme une anomalie par rapport au modèle orbital à deux corps. Cette méthode de recherche d’exoplanète est aussi applicable aux étoiles simples, pour lesquelles la présence d’une planète se traduit par une « oscillation » de son mouvement sur le ciel. Dans les systèmes binaires dont les deux composantes sont mesurées séparément par Gaia, comme par exemple GJ65AB, GJ725AB, 61 Cyg AB ou GJ338AB (Kervella et al. 2022, A&A, 657, A7), il est possible d’aller plus loin en sensibilité. En exploitant l’astrométrie différentielle entre les deux étoiles, on s’affranchit d’une partie importante des erreurs systématiques. Il est donc possible d’atteindre une sensibilité très élevée sur la détection des exoplanètes de faible masse dans ces systèmes binaires.
- Astrométrie interférométrique depuis le sol avec GRAVITY+ : Depuis le sol, l’astrométrie par interférométrie optique à longue base à l’aide de l’instrument VLTI/GRAVITY a donné de nombreux résultats marquants dans le domaine des exoplanètes. En particulier, les observations de l’étoile binaire proche GJ65AB ont permis de découvrir une planète de 36±7 masses terrestres en orbite autour d’une des deux composantes (GRAVITY Collab. 2024, A&A, 685, L9). Il s’agit de la première détection d’une exoplanète par astrométrie depuis le sol. Du fait de la nature différentielle des mesures GRAVITY, il reste cependant une ambigüité sur laquelle des deux composantes de GJ65 est l’hôte de la planète. Les mesures Gaia DR4 permettront prochainement d’identifier la composante hôte et de préciser la masse de la planète.
Ce projet vise à tirer parti de la synergie entre Gaia DR4 et l’instrument interférométrique VLTI/GRAVITY+ pour la recherche d’exoplanètes dans un échantillon de systèmes stellaires binaires du voisinage solaire. La première année de thèse sera consacrée à un volet observationnel avec GRAVITY+ et à la préparation de l’analyse des données Gaia. Dès la publication de la DR4 fin 2026, la combinaison Gaia+GRAVITY sera réalisée pour les systèmes le permettant. En particulier, GJ65 sera étudiée initialement, car nous disposons de données GRAVITY de haute qualité. Ceci permettra à l’étudiant(e) de mener une recherche astrométrique de compagnons planétaires de faible masse à haute sensibilité (sub-Neptune pour les étoiles proches) par une méthode originale et innovante.

Contexte de travail

L'étudiant sera inscrit à l'Observatoire de Paris (université Paris Sciences et Lettres) et recruté au LIRA
Ce projet s’inscrit également dans le cadre du laboratoire international CNRS IRL FCLA à Santiago du Chili, où Pierre Kervella est affecté entre Mars 2025 et Février 2028 et où l’étudiant effectuera une partie significative de la thèse.
La thèse devra débuter entre octobre 2025 et janvier 2026. L'étudiant(e) sélectionné(e) devra être titulaire d'un Master en astronomie ou en physique, et il/elle devra s'inscrire à l'école doctorale AAIF par l'intermédiaire de l'Université Paris Sciences et Lettres (PSL).
Nous recherchons un(e) étudiant(e) motivé(e) par l'analyse et l'interprétation des données. Une expérience en programmation (langage Python) est souhaitable. Des connaissances en astrométrie ou interférométrie optique seraient appréciées, mais ne sont pas indispensables.