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A STEP
Antarctica Search for Transiting
Extrasolar Planets
F.Fressin, T.Guillot
A.Blazit, JP. Rivet,Y Rabbia, J.Gay, P.Assus (OCA - Nice),
F.X. Schmider, E. Fossat, K. Agabi, J.B. Daban (LUAN),
F.Pont (Obs. Genève),
C.Moutou (OHP - OAMP),
A.Erikson, H.Rauer (DLR - Berlin),
Les transits: Pourquoi?
mesure du rayon
(photométrie)
mesure de la masse
(vitesses radiales)
Seule possibilité de mesurer le rayon
d’une
exoplanète
Combiné avec des mesures en vitesses
radiales:
 Masse, densité, composition
Capacité de détecter des objets petits
 Jupiter: 1%; Terre: 0.01%
L’importance des transits …
Sato et al. For N2K Consortium, accepté par
Astrophysical Journal – 07/2005
Un Saturne chaud avec un noyau massif !
Période = 2.8766 jour
Rayon = 0.725 +/- 0.05 RJup
Masse = 0.36 +/-O.O3 MJup
Les modèles de formation planétaire suggèrent la
présence d’un noyau rocheux de 67 masses
terrestres !
Les 9 planètes caractérisées
Projets transits au sol
Program
Vulcan
Observing site
Mt. Hamilton,
California
Status
observing
Telescope Instrument
5,4 cm
Spectral
In struments-560,
Kodak
KAF16800 4k x
4k CCD, Canon
EF300 F/2.8
Hat-1
Kitt Peak, Arizona
under
6,4 cm
construction
Apogee AP 10,
Thomson
THX7899M 2k x
2k, Nikon
180mm f/2.8 MF
ASAS-3
Ź
observing
7,1 cm
Apogee AP 10
2k x 2k , Minolta
200/2.8
STARE
Tenerife, Canary
Islands
observing
10 cm
Pixelvis ion 2 k x
2k CCD, f/ 2.9
BEST
Thueringer
Landessternwarte, observing
Germany
20 cm
CCD AP10
Apogee,
Thomson
THX899M
WASP0
Ź
10 inch
F/2.8 Nikon,
Apogee 10 CCD
camera
(2k x 2k)
Project
La Palma, Canary under
SuperWASP
11,1 cm
Islands
construction
APT
Siding Spring
Observatory,
Australia
OGLE
Las Campanas
Observatory,
Chile
observing
STELLA
Tenerife, Canary
Islands
under
???
construction
RAPTOR A
observing
Field
Limiting
Stars/FOV Precision
of
magnitude
View
x
x
x
x
x
Canon 200mm
f/1.8, 2k x 2k
thinned EEV
x
produced by
Andor of Belfast
x
13 mag
6000
1%
13 mag
20000
0,01 mag
14 mag
8000
Ź
Ź
25000
Ź
13 mag
30000
< 1%
14 mag
Ź
1%
13 mag
43000
Ź
13 mag
Ź
1%
80 cm
Ź
130 cm
8kMOSAIC CCD
camera (SITe
35' x
Ź
2048 x 2049 thin 35'
chip )
Ź
Ź
CCD42-40ŹNIMO
Ź
2k x 2k
Ź
Ź
Ź
Ź
Fenton Hill,
under
70 cm
Jemez Mounta ins construction
Ź
Apogee AP10,
Thomson 7899M 19,5
CCD 2k x 2k,
12 mag
x
Canon 85mm
19,5
f/1.2
•
9 planètes en transit
découvertes à ce jour
– 3 vitesse-radiale +
suivi photométrique
– 5 OGLE
– 1 TrES
La photométrie des transits – Comment ça marche pas ?
Un écart énorme entre le nombre de détections attendu et la réalité :
Projet
STARE
OGLE
HATnet
Vulcan
UNSW
Nombre de détection
attendu par saison
Nombre de
détections réel
Simulation considérant les
« effets systématiques »
14
17.2
11
11
13.6
1
1.2
0
0
0
0.9
1.1
0.2
0.6
0.01
Plusieurs éléments mis en cause pour estimer cette
surestimation :
• Nombre de candidats réels exploitables par champ
(Brown 2003, Gaudi et al. 2005 …)
• Couverture temporelle limitée
• Bruits rouges corrélés ou effets systématiques
(Pont 2005)
L’estimation précise du nombre
de cibles exploitables par champ
Les différence de types
stellaires
Le biais en métallicité
L’observation en continu
Une bonne couverture en phase
est déterminante pour
détecter la majorité des
transits depuis le sol
OGLE: transits découverts avec
des périodes :
• très courtes : 1 jour environ
(rare!) ou périodes
• stroboscopiques
« Pégasides »: périodes autour
de 3 jours, profondeur ~1%
Probabilité de détection d’un transit
Avec OGLE
Pour le même télescope avec une
couverture en phase sans
intermittence pendant 60 jours
Les effets systématiques
•Nous n’en possédons qu’une connaissance partielle
•Ils résultent de l’interaction entre effets
•environnementaux et avec les choix instrumentaux
•Ils sont fortement liés à la qualité de l’échantillonnage
•Pour OGLE, la principale source est la réfraction
•différentielle liée aux changements de masse d’air.
Ces bruits rouges, ou « effets
systématiques » sont l’ensemble des
bruits ayant des corrélations
temporelles et que l’on ne peut
soustraire simplement.
Ils sont de loin, et pour tous les
projets transit sol que nous avons
analysés, le bruit majorant.
Etude théorique en cours : La simulation de la détectivité
globale d’un programme de recherche de transits
COROTLUX
->Génération d’un champ
d’étoiles
(bruits astrophysiques)
Génération de Fonction
d’Etalement du Point
(bruits instrumentaux et
environnementaux)
Estimation du Rapport
Signal à Bruit
-> Génération des courbes de
lumière (effets
systématiques)
SYS. REM. (Systematic Removal)
et Algorithm de Filtrage Adapté
-> Detection des transits dans les
courbes de lumière
(-> Nombre de détections)
A STEP :
Une caméra à adapter sur un télescope du site
pour la recherche de transits au Dôme C
• Objectif du projet
+ Qualification photométrique du site pour ce type d’études
+ Mise en évidence du gain en détectivité lié au Dôme C
+ Détection d’exoplanètes en transit
• Particularités du projet
+ Phase 0 d’un projet de détection massif
+ Seul projet français de détection de transits depuis le sol
+ Coordination avec d’autres projets existants
Scientific committee
Tristan Guillot (OCA, PI)
Francois Fressin (OCA, IS)
Frederic Pont (Geneva)
Eric Fossat (LUAN)
François-Xavier Schmider (LUAN)
Heike Rauer (DLR)
Technical team
Karim Agabi (LUAN, PM)
Jean Baptiste Daban (LUAN)
Alain Blazit (OCA)
Francois Fressin (OCA)
Anders Erikson (DLR)
Scientific consultants:
Claire Moutou (OAMP)
Alain Léger (IAS)
Jean Gay (OCA)
Jean-Philippe Beaulieu (IAP)
Technical consultants:
Pierre Assus (OCA)
Pierre Antonelli (OCA)
Catherine Renaud (OCA)
Eric Aristidi (LUAN)
Dome C, Antarctique …
La station Concordia au Dôme C
Dôme C
3300 m
Dôme A
4100 m
Stratégie d’observation
Confirmation par le premier hivernage de la couverture en phase
exceptionnelle (couverture nuageuse, aurores australes ne sont pas
nuisibles)
« First Whole atmosphere night seeing measurements at Dome C, Antarctica »
Agabi, Aristidi, Azouit, Fossat, Martin, Sadibekova, Vernin, Ziad
Effets systématiques
environnementaux
largement réduits
(masse d’air faible et
presque constante pour
le champ-cible
Échelle temporelle des
fluctuations différentes
des périodes de transits)
Planning du projet
Plusieurs configurations étudiées en parallèle
Prototype dédié
Télescope Newton de 40 cm
CCD EEV 42-80
(MARCONI)
Size: 2048 x 2048
Pixel size 13,5m
Télescope de type
MEADE 16 antarctisé
Plusieurs configurations étudiées en parallèle
Télescope « Minitrust » : combinaison à 3
miroirs pour la photométrie grand champ à
optique active – anastigmatique et
achromatique
• Diamètre 45 cm
• Utilisation nominale pour un champ de 2° de
diagonale sur une caméra de 25 mm de côté
• Miroirs en Zérodur existants et testés
• Champ « parfait », limité par la diffraction
dans ces conditions d’utilisation
Groupes de travail
Groupe scientifique (OCA)
Instrumentation
Télescope (LUAN)
Optique (OAMP)
Caméra (OCA)
Informatique (OCA)
Stratégie d’observation (OAMP, OCA)
Traitement des données (DLR)
Logistique (LUAN)
Tests, étalonnage (LUAN)
Automatisation (DLR, Genève)
Suivi des candidats (Genève)
Caméra A STEP
CCD Backup Corot
Andor DW 436
Le traitement des données
Ré-utilisation possible d’une grande partie de
la chaîne de traitements de données du télescope
BEST (Berlin Exoplanet Search Telescope)
La discrimination des faux transits
Binaires à éclipses
rasantes
naines M
Suivi par vitesse radiale des candidats
Avec l’instrument HARPS
• Elimination des faux candidats
• Caractérisation masse - rayon des
détections
systèmes triples
Perspectives
•
•
A STEP est un projet au potentiel élevé
– Susceptible de détecter en une saison d’observation autant de transits
que l’ensemble des autres programmes au sol jusqu’ici en plusieurs années.
– Test photométrique du Dôme C pour les programmes de transits futurs.
– Soutenu par le PNP (Phase 0), le groupe Sismologie Stellaire, le groupe
Exoplanètes et le CSA.
– Fait l’objet d’une demande ANR
La recherche de transits est déterminante
pour la caractérisation planétaire
– Les modèles de formation planétaire et du système
solaire
– Une étape primordiale pour préparer les grands
projets de recherche exobiologique
A STEP :
Les résultats de la phase 0 en 2005 et les travaux en cours
•La constitution d’une équipe scientifique et technique adaptée au projet
Identification du Project Manager et de l’expert caméra à l’OCA
Intégration du LUAN dans l’équipe A STEP
•L’étude de l’adaptation de A STEP aux télescopes du site
Etude du dispositif optomécanique d’insertion
•L’étude de la stratégie optimale pour un programme transit sol
Exploitation des résultats du premier hivernage
Champs cibles et stratégie d’observation
•La connaissance de la photométrie des transits depuis le sol
Impact des effets systématiques (Pont et al. 2005 en préparation)
Simulateur global de détection des transits (incluant simulateur de champ et
tous les effets générateurs de bruit dont nous avons connaissance)