Thèse Combiner la Spectroscopie à Champ Intégral et la Coronographie Nouvelles Techniques Optiques pour Imager les Exoplanètes en Zone Habitable avec les Futurs Instruments Spatiaux et au Sol H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Observatoire de Paris École doctorale : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Instrumentation et de Recherche en Astrophysique Direction de la thèse : Johan MAZOYER ORCID 0000000291333091 Début de la thèse : 2026-11-01 Date limite de candidature : 2026-05-30T23:59:59 L'imagerie directe des exoplanètes représente l'un des domaines les plus passionnants et en pleine expansion de l'astronomie contemporaine. Cette méthode permet d'étudier les atmosphères des exoplanètes en capturant directement la lumière émise ou réfléchie par ces mondes lointains. Bien que la technologie actuelle permette déjà de caractériser les grandes planètes gazeuses, l'objectif ultime de l'imagerie directe est d'étendre cette capacité aux planètes de type terrestre. Une telle avancée permettrait de mesurer la composition de leurs atmosphères, voire de rechercher des biosignatures potentielles, marquant ainsi une étape majeure dans notre compréhension des systèmes planétaires au-delà du nôtre. Cependant, le contraste extrême entre la luminosité des étoiles hôtes et la faible lumière de leurs planètes en orbite constitue un défi instrumental redoutable. Détecter une exoplanète dans ce contexte revient à repérer une luciole à côté d'un phare depuis des milliers de kilomètres.
Les coronographes sont des instruments optiques sophistiqués spécialement conçus pour relever ce défi. Leur fonction principale est d'atténuer la lumière aveuglante des étoiles, permettant ainsi de détecter le signal bien plus faible des exoplanètes. La prochaine génération de télescopes géants, incluant le Extremely Large Telescope (ELT) européen au Chili et le Habitable Worlds Observatory (HWO), la prochaine mission phare de la NASA, s'appuiera fortement sur ces techniques coronographiques avancées. Ces télescopes visent à imager des planètes de type terrestre situées dans les zones habitables des étoiles proches. Le Planetary Camera and Spectrograph (PCS), un instrument coronographique de deuxième génération prévu pour l'ELT, est spécifiquement conçue pour explorer les zones habitables autour des naines rouges, où des planètes rocheuses pourraient potentiellement exister. Parallèlement, HWO se concentrera sur la détection de planètes dans les zones habitables autour d'étoiles similaires à notre Soleil. Ces deux missions ambitieuses nécessitent le développement de nouvelles techniques coronographiques pour atteindre les niveaux extrêmes de suppression de la lumière stellaire nécessaires à la détection de ces mondes lointains et ténus.
Le projet ECHOES, dirigé par Johan Mazoyer et financé par l'European Research Council (ERC), vise à faire progresser de manière significative le domaine de l'imagerie des exoplanètes en développant des techniques coronographiques innovantes adaptées à ces missions. Cette offre de thèse est déjà intégralement financée dans le cadre du projet ERC ECHOES.L'objectif principal de cette thèse est d'intégrer les coronographes avec des optiques activement contrôlables, telles que les miroirs déformables, et des technologies multi-longueurs d'onde (spectroscopie à champ intégral), afin de créer des régions dans l'image où la lumière stellaire est activement supprimée pour révéler des exoplanètes cachées qui seraient autrement perdues dans l'éclat de leurs étoiles hôtes. Le but principal de cette thèse est de développer un nouvel algorithme actif capable de réaliser une suppression en temps réel de la lumière stellaire sur toutes les longueurs d'onde.

Le ou la candidat(e) commencera par développer le nouvel algorithme en simulation, en utilisant des outils de calcul avancés pour modéliser et affiner ses performances. Ensuite, il ou elle validera l'efficacité de l'algorithme dans des conditions de laboratoire contrôlées, en utilisant une plateforme expérimentale optique à l'Observatoire de Paris. Cette étape est cruciale pour garantir la robustesse et la fiabilité de l'algorithme. Enfin, le ou la candidat(e) aura l'opportunité de démontrer les capacités de l'algorithme au Very Large Telescope au Chili, où il sera rapidement appliqué à la détection et à la caractérisation des exoplanètes.
The PhD will employ a combination of simulation, optical engineering, and experimental validation:
- Imaging processing and control algorithms: Use and develop existing coronagraphic simulation tools in python to develop innovative algorithms.
- Optical engineering: Collaborate with an optical engineer to integrate an IFS prototype on the THD2 experimental testbed.
- Experimental physics: Conduct tests on the THD2 testbed to validate the algorithm's performance under realistic conditions.
- On-Sky observations: Participate in observing runs at the VLT in Chile to test the algorithm with the SPHERE+ instrument.

ECHOES est un projet interdisciplinaire qui valorise les compétences diverses : nous accueillons les candidats issus d'horizons très variés, même si vous n'avez jamais étudié l'astrophysique auparavant ! Les candidats doivent être titulaires d'un master en physique ou en astrophysique, en optique ou en informatique, et s'intéresser à l'instrumentation, au travail expérimental ou au traitement du signal. Une expérience en programmation (Python) est indispensable. Le candidat travaillera dans un environnement collaboratif, interdisciplinaire et international : la maîtrise de l'anglais, à l'écrit comme à l'oral, est requise pour une communication scientifique efficace.