Some close-in gaseous exoplanets are nearly in Roche lobe contact, and previous studies show that tidal decay can drive hot Jupiters into contact during the main sequence of their host stars. Improving on a previous model, we present a revised model for mass transfer in a semidetached binary system that incorporates an extended atmosphere around the donor and allows for an arbitrary mass ratio. We apply this new formalism to hypothetical, confirmed, and candidate planetary systems to estimate mass-loss rates and compare with models of evaporative mass loss. Overflow may be significant for hot Neptunes out to periods of similar to 2 days, while for hot Jupiters, it may only be important inward of 0.5 days. We find that CoRoT-24 b may be losing mass at a rate of more than an Earth mass in a gigayear. The hot Jupiter WASP-12 b may lose an Earth mass in a megayear, while the putative planet PTFO8-8695 orbiting a T Tauri star might shed its atmosphere in a few megayears. We point out that the orbital expansion that can accompany mass transfer may be less effective than previously considered because the gas accreted by the host star removes some of the angular momentum from the orbit, but simple scaling arguments suggest that the Roche lobe overflow might remain stable. Consequently, the recently discovered small planets in ultrashort periods (< 1 day) may not be the remnants of hot Jupiters/Neptunes. The new model presented here has been incorporated into Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA).

La thèse présentée ici se place dans le cadre de la sismologie du Soleil et des étoiles, dans une période de transition entre une bonne connaissance du Soleil grâce à l'héliosismologie et le développement actuel de l'astérosismologie, et, entre une vision statique et une vision dynamique des étoiles. Le but de mon travail a été de participer à cet effort en dépasser la vision statique des intérieurs stellaires et via le développement d'outils d'analyse des données des missions spatiales. Ainsi le modèle solaire standard actuel, la représentation théorique de l'intérieur solaire, présente des limites, mises en avant par une récente révision de ses abondances. Nous montrons que l'écart entre le modèle standard et les observations sismiques est fortement dégradé motivant l'introduction de processus dynamiques dans les modèles. Nous avons aussi entrepris l'introduction d'effets magnétiques dans les couches superficielles pour améliorer la prédiction des fréquences et l'analyse sismique. Les missions spatiales astérosismiques, présentes et futures, permettent d'avoir accès à des informations sur la dynamique des étoiles (rotation, convection, . . .). Pour améliorer ces informations contenues dans les spectres d'oscillations, il est nécessaire d'effectuer une bonne identification des modes ainsi qu'une extraction précise de ces paramètres. Nous montrons comment améliorer ceci en développant une analyse du diagramme-échelle basée sur la récente transformée en curvelette. Cette méthode a pu être validées grâce à des simulations ainsi que dans le cadre d'exercices pour la préparation à la mission CoRoT. Nous nous sommes également intéressé à l'étoile Procyon observée par MOST.

On considère d'abord le problème de trois corps. En première approximation, il est étudié le cas d'une étoile binaire qui perturbe le mouvement d'une troisième étoile liée gravitationnellement au système, mais qui se trouve éloignée. Ces perturbations peuvent imiter le mouvement réflexe d'une étoile qui possède une planète provoquant une fausse détection planétaire par des méthodes astrométriques ou de vitesse radiale. Ensuite, on considère un problème de trois corps constitué par une étoile avec deux planètes; on étudie les perturbations produites dans ce type de systèmes et on examine leur influence dans la détection de planètes par la méthode de transits: les changements dans le temps d'arrivée du signal et dans la durée et la profondeur des transits. On étudie, du point de vue photométrique, la possibilité que des phénomènes d'activité stellaire tels que les taches puissent imiter la signature photométrique d'un transit. La forme et la taille de la diminution du flux stellaire produite par une tache est en général différente d'un transit, mais ils existent certaines configurations où les taches peuvent imiter la forme d'un transit rasant. De l'autre côté, on étudie la photométrie planétaire pour considérer non seulement la possibilité de mesurer la lumière réfléchie par une planète, sinon les phénomènes photométriques mutuels qui se produisent dans une système planète-compagnon: les éclipses et les ombres projetées sur les surfaces. Les méthodes mathématiques ainsi développés permettent d'étudier numériquement en détail la signature photométrique des transits. Finalement, une grande partie de la thèse a été dédiée à l'analyse de données fournies par la mission CoRoT consacrées à la recherche de planètes extra-solaires. Quatre fois par an, le satellite fournit dix mille courbes de lumière qu'il faut traiter pour éliminer le bruit instrumental ainsi que la variabilité stellaire. Ensuite, il faut fouiller les courbes à la recherche des transits planétaires et les caractériser pour pouvoir réaliser des observations photométriques et spectroscopiques depuis le sol et obtenir la masse de l'objet en transit. Dans les systèmes où il a été trouvé une planète, on étudie les possibles perturbations dans le temps d'arrivée du signal.

La qualité des données sismiques du satellite CoRoT ouvre de nouveaux horizons dans l'étude de la structure interne et de l'évolution des étoiles. Mon travail de thèse a consisté à l'analyse et à l'interprétation des spectres d'oscillations de pulsateurs de type solaire observés au sol et depuis l'espace, en particulier avec le satellite CoRoT. L'objectif de l'analyse d'un spectre d'oscillations est de déterminer les paramètres des modes propres de l'étoile (fréquences propres, amplitudes, durées de vie). Au sein du DAT (groupe en charge de l'analyse des pulsateurs de type solaire observés avec CoRoT), j'ai contribué à adapter aux objets étudiés une méthode utilisée avec succès pour extraire les paramètres des modes du Soleil. J'ai appliqué cette méthode à l'analyse des cinq premiers pulsateurs de type solaire observés avec CoRoT. Un soin particulier a été consacré à l'étude de la significativité des pics détectés, qui a permis de conforter la détection de modes mixtes dans le spectre de l'étoile HD 49385. Dans le cadre de mon travail de modélisation et d'interprétation, j'ai recherché les informations qu'apportent les paramètres sismiques sur la structure du cœur de certaines des étoiles analysées. Ces étoiles possèdent (ou ont possédé) un cœur convectif, dont les caractéristiques dépendent des processus de transport des éléments chimiques (e.g. l'overshooting), aujourd'hui mal décrits par les modèles théoriques. J'ai modélisé trois pulsateurs de type solaire de masses et de stades évolutifs différents, dont les paramètres sismiques permettent de sonder le cœur et donc de contraindre observationnellement les processus de transport. En particulier, la détection dans l'étoile HD 49385 de modes mixtes en croisement évité m'a amené à étudier l'apport de ce type de mode à la compréhension de la structure du cœur.

Parmi les méthodes qui permettent de détecter des exoplanètes, la photométrie des transits est celle qui a connu le plus grand essor ces dernières années grâce à l'arrivée des télescopes spatiaux CoRoT (en 2006) puis Kepler (en 2009). Ces deux satellites ont permis de détecter des milliers de transits potentiellement planétaires. Étant donnés leur nombre et l'effort nécessaire à la confirmation de leur nature, il est essentiel d'effectuer, à partir des données photométriques, un classement efficace permettant d'identifier les transits les plus prometteurs et qui soit réalisable en un temps raisonnable. Pour ma thèse, j'ai développé un outil logiciel, rapide et automatisé, appelé BART (Bayesian Analysis for the Ranking of Transits) qui permet de réaliser un tel classement grâce une estimation de la probabilité que chaque transit soit de nature planétaire. Pour cela, mon outil s'appuie notamment sur le formalisme bayésien des probabilités et l'exploration de l'espace des paramètres libres par méthode de Monte Carlo avec des chaînes de Markov (mcmc).Une fois les exoplanètes détectées, l'étape suivante consiste à les caractériser. L'étude du système solaire nous a démontré, si cela était nécessaire, que l'information spectrale est un point clé pour comprendre la physique et l'histoire d'une planète. L'interférométrie annulante est une solution technologique très prometteuse qui pourrait permettre cela. Pour ma thèse, j'ai travaillé sur le banc optique Nulltimate afin d'étudier la faisabilité de certains objectifs technologiques liés à cette technique. Au-delà de la performance d'un taux d'extinction de 3,7.10^-5 en monochromatique et de 6,3.10^-4 en polychromatique dans l'infrarouge proche, ainsi qu'une stabilité de σN30 ms = 3,7.10^-5 estimée sur 1 heure, mon travail a permis d'assainir la situation en réalisant un budget d'erreur détaillé, une simulation en optique gaussienne de la transmission du banc et une refonte complète de l'informatique de commande. Tout cela m'a finalement permis d'identifier les faiblesses de Nulltimate.

Plus de 300 planètes extrasolaires ont été découvertes à ce jour. La variété et la diversité des caractéristiques qu'elles présentent sont extrêmement vastes. Et dans cette multitude, une population se distingue, les Jupiter-chauds. Ces planètes ne ressemblent, en effet, en rien à celles que l'on côtoie dans le Système Solaire. Elles ont une masse d'une à plusieurs fois celle de Jupiter et sont très proches de leur étoile parent, orbitant en seulement quelques jours. L'étude de cette population nous apporte beaucoup d'éléments quant à leur processus de formation et d'évolution. Certaines d'entre elles ont en effet la particularité de transiter devant leur étoile parent. Mes travaux de thèse m'ont mené à détecter et caractériser en densité 14 planètes extrasolaires, grâce aux programmes de recherche CoRoT et SuperWASP combinés au spectrographe SOPHIE (OHP). Parmi ces planètes figurent celles ayant la plus courte période orbitale et, autour d'une autre étoile, la plus importante masse jamais détectées en transit. Un programme novateur, que j'ai initié, nous a également permis d'explorer les capacités de détection d'un instrument de type multi-fibre (FLAMES/GIRAFFE et UVES). Nous avons montré que cet instrument peut être performant en terme de précision de mesure en vitesse radiale, et qu'il permet un très bon écrémage des cibles. L'instrument multi-fibre est utilisable également dans le cadre d'un suivi de candidats issus de programmes de recherche par photométrie, tels que la mission CoRoT , mais il nécessite dans ce cas, pour être eficace, d'un champ de vue significatif (de plusieurs degrés carrés par exemple). L'étude du transit spectroscopique de 3 systèmes planétaires m'a également permis d'apporter de fortes contraintes quant à leur processus de formation et d'évolution, et de mettre en évidence pour la première fois l'existence d'un système exotique : X0-3.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:15:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CaioFTC_DISSERT.pdf: 1416691 bytes, checksum: 65196f540a2e74d7cb641ab2966c1db0 (MD5) Previous issue date: 2011-08-12 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In the present study we compute the atmospheric parameters (Teff , log g and vmic, [Fe/H]) and chemical abundance of 16 ions (Fe I, Fe II, O I, Si I, Na I, Mg I, Al I, Ca I, Ti I, Co I, Ni I, Rb I, Zr I, Ba II, La II and Cr I) for 16 solar-like stars with masses between 0:8 and 1:2 Mfi aproximatedly, including 10 planet-host stars detected by the CoRoT Space Mission. For this study, we use data from the ESO public archive: (i) high resolution spectra (R 47000) from the UVES spectrograph on the VLT/UT2-ESO (for 7 stars, covering the wavelength range 3450-4515 ? and 5500-9400 ?) and (ii) high resolution spectra from HARPS spectrograph on the La Silla-ESO 3.60 m telescope (for 9 stars, covering the wavelength range 4200-6865 ?). Our spectral analysis is based on MARCS models of atmosphere and Turbospectrum spectroscopic tools. On the base of the computed parameters, the referred abundances appears to follow the same behavior of the solar curve abundances. Further, one observes a signifficant correlation between the abundance ratio [m/Fe] and condensation temperature (Tc) of refractory elements (Tc > 900 K). The behavior of the projected rotational velocity (v sin i) versus the computed abundances [m/Fe] is also analyzed, presenting no clear trends. This study oers additional constraints to trace the evolutive history of solar-like stars with planets, including the search for chemical dierences between stars with and without transit planets and anomalies in the studied abundances / No presente estudo, n?s determinamos os par?metros atmosf?ricos (Teff , log g, vmic e [Fe/H]) e as abund?ncias qu?micas de 16 ?ons (Fe I, Fe II, O I, Si I, Na I, Mg I, Al I, Ca I, Ti I, Co I, Ni I, Rb I, Zr I, Ba II, La II e Cr I) para 16 estrelas solares, com massas entre 0:8 e 1:2 M , aproximadamente, incluindo 10 estrelas com planetas detectados pelo telesc?pio espacial CoRoT. Para este estudo, foram usados dados do arquivo p?blico do ESO: (i) espectros de alta resolu??o (R 47000) do espectr?grafo UVES localizado no VLT/UT2- ESO (para 7 estrelas, cobrindo o dom?nio espectral de 3450-4515 ? e 5500-9400 ?) e (ii) espectros de alta resolu??o obtidos com o espectr?grafo HARPS localizado no telesc?pio de 3,60 m, em La Silla-ESO (para 9 estrelas, cobrindo a faixa de 4200-6865 ?). Nossa an?lise espectral ? baseada nos modelos de atmosfera MARCS e nas ferramentas espectrosc?picas do Turbospectrum. Com base nos par?metros obtidos, as abund?ncias referidas parecem seguir tend?ncia semelhante ? curva de abund?ncias solares. Adicionalmente, observa-se uma correla??o signi cativa entre a abund?ncia relativa [m/H] e a temperatura de condensa??o (Tc) dos elementos refrat?rios (Tc > 900 K). O comportamento da velocidade rotacional projetada (v sin i) em fun??o das abund?ncias obtidas tamb?m ? analisada, n?o apresentando correla??es claras. Este estudo oferece v?nculos adicionais para o tra?ado da hist?ria evolutiva de estrelas solares com planetas, incluindo a busca por diferen?as qu?micas entre estrelas com e sem planetas em tr?nsito, e por anomalias nas abund?ncias estudadas

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Tandis que notre compréhension de l'évolution et de la formation planétaire est encore incomplète, nous sommes à un tournant dans le domaine, grâce à un nombre désormais significatif (au sens statistique) d'exoplanètes caractérisées. La majeure partie de l'information disponible sur ces systèmes est contenue dans les observations de l'étoile hôte. Ma thèse a eu pour objectif de mieux caractériser les planètes géantes en les étudiant de manière cohérente avec leur étoile hôte. En combinant les modèles stellaires et planétaires, je propose une procédure fiable (implémentée dans un nouveau code : SET) pour déduire les paramètres du systèmes : masses, rayons, âge, composition planétaire... J'ai pu notamment comparer différents modèles stellaires afin d'estimer les erreurs intrinsèques et systématiques. Je présente ensuite les résultats de cette méthode pour l'analyse des systèmes CoRoT, parmi lesquels : CoRoT-2 dont la planète massive est trop grande par rapport à ce que les modèles planétaires prédisent; CoRoT-9 dont la planète est une clef importante pour la validation des modèles planétaires théoriques; et CoRoT-18 dont les indicateurs d'âge issus de la gyrochronologie et de l'abondance en lithium sont en désaccord avec les modèles stellaires. Enfin, je détaille le travail que nous avons effectué sur le premier système décou- vert possédant plusieurs planètes en transit, Kepler-9, pour lequel nous avons contraint la composition relative de deux exoplanètes. À l'avenir, SET sera disponible publiquement et pourra servir à l'analyse statistique des exoplanètes et à l'amélioration des modèles théoriques.