Description du sujet de thèse

Das Thema der Dissertation betrifft die Entwicklung und Anwendung der Hochkontrast-Interferometrie zur Charakterisierung von Exoplaneten. Hochkontrast-Bildgebungssysteme wie GPI und SPHERE haben die Entdeckung und Untersuchung massereicher Riesenplaneten ermöglicht, sind jedoch auf große Bahnabstände von mehr als 10 Astronomischen Einheiten beschränkt. Das Instrument GRAVITY des VLTI hat den Weg für die direkte Beobachtung von Riesenplaneten in geringerer Entfernung zu ihrem Stern geebnet und erstmals gleichzeitige Messungen von Masse und Leuchtkraft ermöglicht, ist jedoch auf das K-Band zwischen 1,9 und 2,3 Mikrometern beschränkt.

Dieses Projekt zielt darauf ab, am LIRA in Zusammenarbeit mit der ESO einen Interferometrie-Prüfstand im J-Band zu entwickeln, der den Wellenlängenbereich zwischen 1,1 und 1,3 Mikrometern abdeckt. Die ESO, die Europäische Südsternwarte (European Southern Observatory, www.eso.org), ist eine zwischenstaatliche Organisation, die einige der leistungsfähigsten astronomischen Observatorien der Welt entwirft, baut und betreibt, hauptsächlich in Chile. Sie vereint mehrere europäische Mitgliedsstaaten und stellt der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft modernste Infrastrukturen wie das Very Large Telescope (VLT) und das zukünftige Extremely Large Telescope (ELT) zur Verfügung.

Ziel des Projekts ist es, die Beobachtung und detaillierte Charakterisierung junger Riesenplaneten wie Beta Pictoris c zu ermöglichen, Planeten im reflektierten Licht zu entdecken, um deren Albedo zu messen, sowie die astrometrische Genauigkeit des VLTI zu verbessern, um mögliche Exomonde nachzuweisen. Die instrumentelle Entwicklung umfasst die Fähigkeit zur Einspeisung und Kombination von Strahlen in integrierter Optik bei kurzen Wellenlängen, das hochpräzise Management von Polarisationseffekten sowie die Implementierung einer Laser-Metrologie im J-Band, um optische Wegfehler zu kompensieren.

Die Arbeit der Dissertation umfasst sowohl einen astrophysikalischen als auch einen instrumentellen Teil. Im astrophysikalischen Teil sollen bestehende Datensätze, insbesondere aus den Programmen ExoGRAVITY und MATISSE, analysiert werden, um die Atmosphären und Bahnen von Planeten zu untersuchen, die Ergebnisse zu veröffentlichen und auf internationalen Konferenzen zu präsentieren. Diese Arbeit wird auch die Nutzung und Verbesserung von Datenreduktionswerkzeugen einschließen, insbesondere im Zusammenhang mit dem für GRAVITY+ entwickelten Modus für sehr geringe Trennungen. Im instrumentellen Teil wird der Doktorand am Aufbau und an der Justierung des optischen Prüfstands mitwirken, am Design integrierter Optikchips in Zusammenarbeit mit Teem Photonics beteiligt sein und Lösungen zur Reduzierung von Kontrastlimitierungen aufgrund von Polarisationseffekten und optischen Wegvariationen umsetzen.

Langfristig wird der Erfolg dieses Projekts den Weg für Mehrwellenlängen-Beobachtungen ebnen, die die J-, K- und L-Bänder kombinieren, um junge Riesen in der Nähe der Eislinie zu untersuchen, und so ein besseres Verständnis der Population von Riesenplaneten zu ermöglichen. Der Doktorand wird von einer reichen wissenschaftlichen Umgebung am LIRA profitieren, das für seine Expertise in interferometrischer Instrumentierung und Exoplanetenforschung bekannt ist, sowie von einer engen internationalen Zusammenarbeit mit der ESO und von Reisemöglichkeiten innerhalb Europas und nach Chile.

Contexte de travail

Das LIRA, direkter Nachfolger des LESIA, verfügt sowohl über eine lange Tradition in der Interferometrie und Instrumentierung – was sich in einer direkten Beteiligung am Projekt GRAVITY+, aber auch an den Missionen PLATO und ARIEL, am RPW-Instrument auf Solar Orbiter sowie an MICADO für das ELT widerspiegelt – als auch über eine bedeutende und wachsende Expertise im Bereich der Exoplaneten. Es fungiert zugleich als Kompetenzzentrum für Hochkontrastbeobachtungen, insbesondere durch den THD-Prüfstand, sowie als zentrale Anlaufstelle für GRAVITY+ und die ExoGRAVITY-Kollaboration. Das Thema würde sich natürlich an der Schnittstelle zwischen der Abteilung „Hohe Winkelauflösung in der Astronomie (HRAA)“ und der Abteilung „Exoplanetensysteme“ positionieren. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit der ESO durchgeführt, und Reisen nach Garching (in der Nähe von München, Deutschland) sind vorgesehen.