Thèse Observation et Modélisation des Mécanismes d'Accrétion dans le Domaine de Masse des Exoplanètes H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble Direction de la thèse : Catherine DOUGADOS ORCID 000000016660936X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59 l est bien établi que les planètes géantes comme Jupiter et Saturne se forment à partir d'un disque de gaz et des poussières contenus entourant les jeunes étoiles. Cependant, l'accrétion de l'enveloppe gazeuse massive par accrétion du gaz environnant - reste encore mal comprise.
La thèse vise à caractériser, par l'observation et la modélisation, ces processus d'accrétion. Le ou la doctorant(e) analysera les données du grand relevé ENTROPY - 200 heures d'observation au VLT avec l'instrument UVES -, qui a produit des séries temporelles de profils de raies en émission d'exoplanètes géantes jeunes et d'analogues isolés de masse planétaire. Il ou elle jouera un rôle central dans l'analyse homogène de ces données et dans la publication des résultats de référence de la campagne.
Il ou elle adaptera un code de transfert radiatif pour produire des observables synthétiques - profils de raies et flux - qui seront confrontés aux données afin de contraindre les paramètres physiques de l'accrétion : température et densité du gaz, intensité et topologie du champ magnétique, dans le régime des masses planétaires.
Enfin, dans le cadre d'une collaboration internationale, il ou elle explorera le lien entre accrétion et environnement circumplanétaire, en reliant les raies d'émission caractérisées aux propriétés des disques circumplanétaires désormais accessibles grâce au Télescope Spatial James-Webb.
La population d'exoplanètes connues s'enrichit continuellement depuis la première détection d'une planète autour d'une étoile de type solaire en 1995 (Prix Nobel de Physique 2019). Il est aujourd'hui établi que les exosystèmes se forment au sein de disques protoplanétaires de gaz et de poussière entourant les jeunes étoiles, mais les mécanismes gouvernant la formation des planètes - en particulier des planètes géantes - demeurent mal contraints. L'acquisition d'une enveloppe gazeuse massive par accrétion du gaz circumstellaire constitue une étape clé de ce processus : elle détermine la masse finale de la planète, son évolution thermique précoce, la dissipation de son moment cinétique, ainsi que la formation et la composition de son éventuel cortège d'exolunes [1].
Des simulations hydrodynamiques de planètes en cours de formation au sein de disques circumstellaires indiquent qu'un flux de matière canalisé tombe préférentiellement sur les régions polaires de la planète depuis ce disque. Les modèles d'accrétion magnétosphérique développés pour les étoiles T Tauri ont également été proposés : dans ce cadre, le gaz s'écoule depuis un disque circumplanétaire le long de colonnes d'accrétion jusqu'à un choc à la surface du compagnon [2]. Ce mécanisme reste cependant à préciser dans le régime des masses planétaires, où les conditions physiques diffèrent sensiblement du cas stellaire.
L'ionisation du gaz en phase d'accrétion génère des émissions caractéristiques, dont la raie H à 6563 Å constitue le traceur le plus accessible. Ces raies commencent à être détectées sur des exoplanètes géantes en cours d'accrétion. Leurs propriétés spectrales et morphologiques encodent la géométrie du flux d'accrétion, son taux, ainsi que les conditions physiques dans les régions d'émission - chocs et colonnes -, offrant ainsi une fenêtre d'observation directe sur la phase d'accrétion planétaire.
La thèse, proposée à l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG) sous la direction de Catherine Dougados et Mickaël Bonnefoy, vise à caractériser, par l'observation et la modélisation, les processus physiques gouvernant la phase d'accrétion des planètes géantes jeunes.Le travail doctoral s'articulera autour de trois axes complémentaires.
· Analyse des données observationnelles. L'étudiant(e) adoptera une méthodologie inspirée de l'étude de l'accrétion dans le domaine stellaire, en analysant des séries temporelles de profils cinématiques de raies en émission d'exoplanètes géantes jeunes et d'analogues isolés de masse planétaire en cours d'accrétion. L'essentiel des données provient du grand relevé ENTROPY - 200 heures de temps de télescope allouées sur deux ans - conduit avec l'instrument UVES au Very Large Telescope (Chili). L'étudiant(e) jouera un rôle central dans l'analyse homogène de ces données et dans la publication des résultats de référence de la campagne (études multi-objets).
· Modélisation de l'accrétion magnétosphérique. Il/Elle améliorera et adaptera un code de modélisation des effets de l'accrétion magnétosphérique afin de produire des observables synthétiques [3]. Ces observables seront confrontées aux données du relevé pour contraindre les paramètres physiques de l'accrétion - température et densité du gaz, intensité et topologie du champ magnétique - dans le régime des masses planétaires.
· Lien accrétion-environnement circumplanétaire. Dans le cadre d'une collaboration internationale, l'étudiant(e) contribuera à l'étude des conséquences du processus d'accrétion sur l'environnement proche de la planète, en explorant le lien entre les raies d'émission qu'il/elle aura caractérisé et les propriétés des disques circumplanétaires, désormais accessibles grâce au Télescope Spatial James-Webb.
Enfin, l'étudiant(e) sera encouragé(e) à utiliser l'expertise développée dans le cadre de la préparation scientifique des futures observations de ces objets avec les instruments HARMONI et PCS sur l'Extremely Large Telescope (ELT), dont la première lumière est attendue en 2029.

Formation M2 ou équivalent en astronomie et astrophysique. Solide compétences en programmation (Python et C).