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Emplois, stages

Offre d'emploi

PHD : Évolution thermique et structure interne des exoplanètes : Des planètes géantes aux mini-Neptunes (H/F)

Type de contrat CONTRAT DOCTORAL
Contexte La thèse fait partie du projet ERC Cobrex (PI : Anne-Marie Lagrange). D'étroites collaborations seront réalisées avec les membres de Cobrex, en particulier A.-M. Lagrange, pour la préparation et l'interprétation des données d'imagerie directe par VLT-ERIS+ et JWST. Des collaborations seront également effectuées au sein du consortium Ariel pour la caractérisation des intérieurs d'exoplanètes observées par transit.
La thèse se fera entre l'IMCCE et le LESIA avec Stéphane Mazevet et Benjamin Charnay et Anne-Marie Lagrange.
Missions Les modèles de formation planétaires prédisent que les planètes sont très chaudes au début de leur histoire. Elles se refroidissent et se contractent par la suite avec une évolution thermique contrôlée principalement par le flux stellaire, le transport de chaleur dans leur intérieur, la composition de leur atmosphère et la présence éventuelle de nuages. Les modèles d'évolution thermique des planètes jouent un rôle clé pour interpréter les observations par imagerie directe d'exoplanètes géantes jeunes, dont les luminosités sont reliées à l'âge et à la masse des planètes.

Les modèles actuels, développés principalement pour des planètes géantes massives, sont plus limités pour l'étude de planètes moins massives (ex : exo-Saturnes et exo-Neptunes), qui devraient posséder des atmosphères avec des fractions d'éléments lourds (O, C, N, S,...) élevées ainsi que potentiellement des manteaux de glaces chaudes pour les moins massives (exo-Neptunes et mini-Neptunes). Les futurs instruments (JWST, VLT-ERIS+, ELTs) permettront d'observer des planètes géantes jeunes de moins d'une masse de Jupiter par imagerie directe, ce qui nécessitera de nouveaux modèles d'évolution incluant l'effet potentiel des nuages. Par ailleurs les mesures de masse et de rayon des exoplanètes observées par transit aboutissent à des solutions dégénérées concernant leur structure interne. Les mesures de composition chimiques des atmosphères avec JWST, les ELTs puis Ariel pourraient permettre de lever ces dégénérescences grâce à une nouvelle génération de modèles couplant les derniers développements de la modélisation de la structure interne et de l'atmosphère.

L'objectif de cette thèse sera de développer un nouveau modèle d'évolution des exoplanètes gazeuses incluant un modèle d'atmosphère calculant les spectres couplés à un modèle d'intérieur. Ce modèle sera appliqué :
1) aux exoplanètes géantes jeunes d'une masse de Jupiter ou moins afin de prédire et interpréter les observations de luminosité et de spectres par JWST, VLT-ERIS+ et les ELTs. Le modèle permettra aussi de calculer les distributions statistiques d'exoplanètes géantes jeunes en fonction de leur température effective, comme cela a pu être fait pour les naines brunes.
2) aux exoplanètes irradiées (en particulier mes mini-Neptunes dont la nature est aujourd'hui inconnue) afin de contraindre leur intérieur en combinant mesure de masse, rayon et composition chimique. Il s'agira aussi de calculer les relations masse-rayon d'exoplanètes en fonction de l'âge et de la métallicité (fraction d'éléments lourds dans l'atmosphère), ce qui aura un intérêt majeur pour interpréter les observations actuelles (Kepler, TESS,...) et futures (CHEOPS, PLATO,...).

Finalement, un tel modèle aura un très fort potentiel vis-à-vis des futurs instruments dédiés aux exoplanètes, comme le VLT-ERIS+, JWST, ELTs et Ariel. De nombreuses autres d'applications seront possibles durant la thèse.
Activités La partie principale du travail consistera à coupler un modèle d'atmosphère à un modèle de structure interne. Pour la modélisation des atmosphères, nous utiliseront le modèle 1D Exo-REM développé au LESIA et capable de simuler la structure thermique, la chimie, les nuages et les spectres (en émission, réflexion et transmission) d'atmosphères [1,2,3]. Pour la modélisation de l'intérieur des exoplanètes, nous utiliserons une nouvelle génération de modèles de structure interne, EXORIS, basée sur des équations d'état ab initio pour l'ensemble des éléments les composants (H, He, H2O, MgSiO3, Fe) [4,5,6]. Ce modèle couplé permettra de simuler de façon cohérente l'atmosphère et la structure interne d'exoplanètes gazeuses allant des planètes géantes aux mini-Neptunes.
Nous l'appliquerons pour commencer à K2-18b, une mini-Neptune tempérée dont les mesures par spectroscopie de transit ont permis de contraindre la composition atmosphérique [3,7]. Combiné avec les mesures de masse, rayon et composition atmosphérique, le modèle apportera de nouvelles contraintes sur la nature de K2-18b et, de manière plus générale, des mini-Neptunes. Le modèle sera ensuite appliqué aux exoplanètes géantes observées par imagerie directe ou transit en lien avec l'équipe d'A.M. Lagrange.
Compétences Un Master 2 ou équivalent en astrophysique ou en physique ainsi qu'un goût prononcé pour la modélisation numérique sont nécessaires.
Nom du contact Anne-Marie Lagrange
Email Anne-Marie.Lagrange@obspm.fr
Téléphone 33 4 76 51 42 03
Durée 36 mois
Date d'embauche 01/10/2021
Salaire 2135€ bruts
Modalités postuler sur le portail emploi CNRS
https://emploi.cnrs.fr/

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