Variability in stellar granulation and convective blueshift with spectral type and magnetic activity. II. From young to old main-sequence K-G-F stars

The inhibition of small-scale convection in the Sun dominates the long-term radial velocity (RV) variability: it therefore has a critical effect on light exoplanet detectability using RV techniques. We here extend our previous analysis of stellar convective blueshift and its dependence on magnetic activity to a larger sample of stars in order to extend the Teff range, to study the impact of other stellar properties, and finally to improve the comparison between observed RV jitter and expected RV variations. We estimate a differential velocity shift for Fe and Ti lines of different depths and derive an absolute convective blueshift using the Sun as a reference for a sample of 360 F7-K4 stars with different properties (age, Teff, metallicity). We confirm the strong variation in convective blueshift with Teff and its dependence on (as shown in the line list in Paper I) activity level. Although we do not observe a significant effect of age or cyclic activity, stars with a higher metallicity tend to have a lower convective blueshift, with a larger effect than expected from numerical simulations. Finally, we estimate that for 71% of the stars in our sample the RV and LogR'HK variations are compatible with the effect of activity on convection, as observed in the solar case, while for the other stars, other sources (such as binarity or companions) must be invoked to explain the large RV variations. We also confirm a relationship between LogR'HK and metallicity, which may affect discussions of the possible relationship between metallicity and exoplanets, as RV surveys are biased toward low LogR'HK and possibly toward high-metallicity stars. We conclude that activity and metallicity strongly affect the small-scale convection levels in stars in the F7-K4 range, with a lower amplitude for the lower mass stars and a larger amplitude for low-metallicity stars.Comment: 12 pages, 9 figures ; accepted in Astronomy and Astrophysic

The SOPHIE search for northern extrasolar planets XIV. A temperate (Teq ~ 300 K) super-earth around the nearby star Gliese 411

Periodic radial velocity variations in the nearby M-dwarf star Gl 411 are reported, based on measurements with the SOPHIE spectrograph. Current data do not allow us to distinguish between a 12.95-day period and its one-day alias at 1.08 days, but favour the former slightly. The velocity variation has an amplitude of 1.6 m s−1, making this the lowest-amplitude signal detected with SOPHIE up to now. We have performed a detailed analysis of the significance of the signal and its origin, including extensive simulations with both uncorrelated and correlated noise, representing the signal induced by stellar activity. The signal is significantly detected, and the results from all tests point to its planetary origin. Additionally, the presence of an additional acceleration in the velocity time series is suggested by the current data. On the other hand, a previously reported signal with a period of 9.9 days, detected in HIRES velocities of this star, is not recovered in the SOPHIE data. An independent analysis of the HIRES dataset also fails to unveil the 9.9-day signal. If the 12.95-day period is the real one, the amplitude of the signal detected with SOPHIE implies the presence of a planet, called Gl 411 b, with a minimum mass of around three Earth masses, orbiting its star at a distance of 0.079 AU. The planet receives about 3.5 times the insolation received by Earth, which implies an equilibrium temperature between 256 and 350 K, and makes it too hot to be in the habitable zone. At a distance of only 2.5 pc, Gl 411 b, is the third closest low-mass planet detected to date. Its proximity to Earth will permit probing its atmosphere with a combination of high-contrast imaging and high-dispersion spectroscopy in the next decade

A pair of TESS planets spanning the radius valley around the nearby mid-M dwarf LTT 3780

We present the confirmation of two new planets transiting the nearby mid-M dwarf LTT 3780 (TIC 36724087, TOI-732, $V=13.07$, $K_s=8.204$, $R_s$=0.374 R$_{\odot}$, $M_s$=0.401 M$_{\odot}$, d=22 pc). The two planet candidates are identified in a single TESS sector and are validated with reconnaissance spectroscopy, ground-based photometric follow-up, and high-resolution imaging. With measured orbital periods of $P_b=0.77$ days, $P_c=12.25$ days and sizes $r_{p,b}=1.33\pm 0.07$ R$_{\oplus}$, $r_{p,c}=2.30\pm 0.16$ R$_{\oplus}$, the two planets span the radius valley in period-radius space around low mass stars thus making the system a laboratory to test competing theories of the emergence of the radius valley in that stellar mass regime. By combining 63 precise radial-velocity measurements from HARPS and HARPS-N, we measure planet masses of $m_{p,b}=2.62^{+0.48}_{-0.46}$ M$_{\oplus}$ and $m_{p,c}=8.6^{+1.6}_{-1.3}$ M$_{\oplus}$, which indicates that LTT 3780b has a bulk composition consistent with being Earth-like, while LTT 3780c likely hosts an extended H/He envelope. We show that the recovered planetary masses are consistent with predictions from both photoevaporation and from core-powered mass loss models. The brightness and small size of LTT 3780, along with the measured planetary parameters, render LTT 3780b and c as accessible targets for atmospheric characterization of planets within the same planetary system and spanning the radius valley.Comment: Accepted to AJ. 8 figures, 6 tables. CSV file of the RV measurements (i.e. Table 2) are included in the source cod

Planetary occurrence statistique around M dwarf and characterization of the effect of their stellar activity on detection of telluric exoplanets in habitable zone by Radial velocity method.

En 25 ans l’exoplanétologie est devenue un domaine de recherche essentiel en astrophysique et l’ensemble hétérogène des 4000 planètes détectées à ce jour ne cesse de s’accroître. Outre le gain d’information apporté par chaque nouvelle détection, la statistique de l’ensemble de ces objets apporte des contraintes capitales aux scenarii de formation planétaire. Pour ces études statistiques les naines M sont des cibles privilégiées car elles représentent près de 80% de la population stellaire de la Galaxie et aussi du voisinage solaire. Qui plus est, leur faible masse rend les méthodes de détection indirecte d’autant plus performantes pour les planètes de type Terre. Il existe donc aujourd’hui de nombreux projets spécifiques aux naines M, produisant un volume de données très conséquent. Ces grands échantillons permettent une vue la plus complète possible des populations planétaires nécessaire et essentielle. Leur étude statistique exige la construction de méthodes d’analyses systématiques efficaces.Durant mon doctorat, j’ai travaillé sur les 427 naines M observées avec l’instrument HARPS sur ces 18 dernières années (2003-aujourd’hui). J’ai mis au point l’analyse automatique de plus de 15000 spectres, de la mesure de la vitesse radiale à la construction d’un nouvel échantillon d’étude de 199 naines M. L’analyse de leurs séries de vitesse radiale a permis de retrouver plus de 80% des détections publiées sur cet échantillon, mais aussi de proposer de nouveaux candidats planétaires.Cet échantillon de 199 naines M permet une nouvelle statistique d’occurrence des planètes autour des naines M détectées par la méthode des vitesses radiales, qui améliore considérablement les précédentes déterminations. Mes résultats montrent une forte prévalence des planètes de petite masse à courtes périodes autour des naines M. Les taux d’occurrence des planètes de moins de 10 M  pour des périodes inférieures à 100 jours atteint les 169% (+2.7-3.5) et seulement 7.8% (+2.4-1.5) pour les planètes de plus de 10 M  pour des périodes similaires. Ces résultats sont compatibles avec ceux obtenus par les grands relevés de recherche de planètes en transit (missions Kepler) pour les très courtes périodes, et ont une bien meilleure sensibilité pour les périodes de plus de 10 jours, domaine où les planètes transitant sont rares. Lors de cette analyse, j’ai également pu étudier des conséquences de l’activité stellaire magnétique sur les mesures de la vitesse radiale. Ces signaux sont provoqués par la présence d’inhomogénéités de surface changeant de vitesse via la rotation stellaire. Ils sont donc intrinsèques à l’étoile et de même ordre de grandeur que le mouvement réflexe de l’étoile provoqué par la présence d’une planète (mouvement Képlerien) et constituent la principale limite à la détection d’exoplanètes de faible masse. Nous avons donc décidé d’utiliser la méthode d’analyse élaboréedurant mon doctorat sur des marqueurs propres à l’activité stellaire afin d’implémenter une étude exhaustive des conséquences de l’activité stellaire sur les suivis de mesure de vitesse radiale. Nous avons finalement pu détecter des variations à long et court terme dans plus de deux tiers des 179 naines M de notre étude, à toutes les gammes de masse, de tous les types spectraux et même à tous les niveaux d’activité. Nous avons validé 27 cycles d’activité, dont 13 nouveaux, puis nous avonscommencé une étude des effets à plus court terme de l’activité ainsi qu’une étude de la corrélation entre indices chromosphériques.Exoplanetology has become an essential field of astrophysics research for 25 years, and the heterogenous set of 4000 exoplanet detections keeps increasing. In addition of the gain brought by individual detection, statistical studies bring also some new constraints on planetary formation scenario. As they represent more than 80% of the stellar population of the solar neighborhood, M-dwarfs are privileged targets for these statistical studies. Furthermore, indirect methods of detection are more efficient for small mass planets as the mass of the star decreases. This is the reason why there are many projects dedicated to the detection of telluric planets in the habitable zone of M-dwarfs, leading to a huge volume of data. These huge samples allow us to have a complete view of planetary populations but they need statistical studies based on efficient systematic methods.During my PhD, I have worked on 400 M-dwarfs observed for 18 years (2003-today) by HARPS. I made an automatic analysis on more than 15000 spectra, from the extraction of the radial velocities to the construction of the planetary occurrence statistic. With this work, I found 80% of the planets already published on the HARPS sample and five new massive companions and a planetary candidate. I built a new planetary occurrence statistic around M-dwarfs detected by the radial velocity method. The occurrence rate of the smallest planets (Mp 10 Mt) is 7.8% (+2.4-1.5). These results are compatible with the transit occurrence rates obtained for short periods (Kepler survey), and with those obtained with the radial velocity survey in visible of CARMENES. Working on these time-series of radial velocities allowed us to understand the impact of the magnetic stellar activity in the radial velocity measurements. Some signals are the consequence of the presence of inhomogeneities on the surface of stars moving and inducing velocity variations at the rotation period of the star. These signals are intrinsic and sometimes on the same order of the signals of Keplerian reflex motion of the star. Today, signals of stellar activity are the main limitation in radial velocity detection of terrestrial exoplanets in the habitable zone.We decided to use the systematic methods built in the first part of this work on chromospheric proxies time-series at the end of my PhD. We found long term variability in chromospheric time-series of M-dwarfs of different mass, activity level, temperature, and spectral class. We built a long term analysis and identified 27 cycles of activity over the 179 M-dwarfs selected, 14 already published and 13 new cycles. We are currently working on the short term analysis and on the correlation between variations of chromospheric index

Statistique d'occurrence planétaire autour des naines M et caractérisation fine de l'effet de leur activité stellaire sur la détection par vitesse radiale de planètes telluriques en zone habitable

Exoplanetology has become an essential field of astrophysics research for 25 years, and the heterogenous set of 4000 exoplanet detections keeps increasing. In addition of the gain brought by individual detection, statistical studies bring also some new constraints on planetary formation scenario. As they represent more than 80% of the stellar population of the solar neighborhood, M-dwarfs are privileged targets for these statistical studies. Furthermore, indirect methods of detection are more efficient for small mass planets as the mass of the star decreases. This is the reason why there are many projects dedicated to the detection of telluric planets in the habitable zone of M-dwarfs, leading to a huge volume of data. These huge samples allow us to have a complete view of planetary populations but they need statistical studies based on efficient systematic methods.During my PhD, I have worked on 400 M-dwarfs observed for 18 years (2003-today) by HARPS. I made an automatic analysis on more than 15000 spectra, from the extraction of the radial velocities to the construction of the planetary occurrence statistic. With this work, I found 80% of the planets already published on the HARPS sample and five new massive companions and a planetary candidate. I built a new planetary occurrence statistic around M-dwarfs detected by the radial velocity method. The occurrence rate of the smallest planets (Mp 10 Mt) is 7.8% (+2.4-1.5). These results are compatible with the transit occurrence rates obtained for short periods (Kepler survey), and with those obtained with the radial velocity survey in visible of CARMENES. Working on these time-series of radial velocities allowed us to understand the impact of the magnetic stellar activity in the radial velocity measurements. Some signals are the consequence of the presence of inhomogeneities on the surface of stars moving and inducing velocity variations at the rotation period of the star. These signals are intrinsic and sometimes on the same order of the signals of Keplerian reflex motion of the star. Today, signals of stellar activity are the main limitation in radial velocity detection of terrestrial exoplanets in the habitable zone.We decided to use the systematic methods built in the first part of this work on chromospheric proxies time-series at the end of my PhD. We found long term variability in chromospheric time-series of M-dwarfs of different mass, activity level, temperature, and spectral class. We built a long term analysis and identified 27 cycles of activity over the 179 M-dwarfs selected, 14 already published and 13 new cycles. We are currently working on the short term analysis and on the correlation between variations of chromospheric index.En 25 ans l’exoplanétologie est devenue un domaine de recherche essentiel en astrophysique et l’ensemble hétérogène des 4000 planètes détectées à ce jour ne cesse de s’accroître. Outre le gain d’information apporté par chaque nouvelle détection, la statistique de l’ensemble de ces objets apporte des contraintes capitales aux scenarii de formation planétaire. Pour ces études statistiques les naines M sont des cibles privilégiées car elles représentent près de 80% de la population stellaire de la Galaxie et aussi du voisinage solaire. Qui plus est, leur faible masse rend les méthodes de détection indirecte d’autant plus performantes pour les planètes de type Terre. Il existe donc aujourd’hui de nombreux projets spécifiques aux naines M, produisant un volume de données très conséquent. Ces grands échantillons permettent une vue la plus complète possible des populations planétaires nécessaire et essentielle. Leur étude statistique exige la construction de méthodes d’analyses systématiques efficaces.Durant mon doctorat, j’ai travaillé sur les 427 naines M observées avec l’instrument HARPS sur ces 18 dernières années (2003-aujourd’hui). J’ai mis au point l’analyse automatique de plus de 15000 spectres, de la mesure de la vitesse radiale à la construction d’un nouvel échantillon d’étude de 199 naines M. L’analyse de leurs séries de vitesse radiale a permis de retrouver plus de 80% des détections publiées sur cet échantillon, mais aussi de proposer de nouveaux candidats planétaires.Cet échantillon de 199 naines M permet une nouvelle statistique d’occurrence des planètes autour des naines M détectées par la méthode des vitesses radiales, qui améliore considérablement les précédentes déterminations. Mes résultats montrent une forte prévalence des planètes de petite masse à courtes périodes autour des naines M. Les taux d’occurrence des planètes de moins de 10 M  pour des périodes inférieures à 100 jours atteint les 169% (+2.7-3.5) et seulement 7.8% (+2.4-1.5) pour les planètes de plus de 10 M  pour des périodes similaires. Ces résultats sont compatibles avec ceux obtenus par les grands relevés de recherche de planètes en transit (missions Kepler) pour les très courtes périodes, et ont une bien meilleure sensibilité pour les périodes de plus de 10 jours, domaine où les planètes transitant sont rares. Lors de cette analyse, j’ai également pu étudier des conséquences de l’activité stellaire magnétique sur les mesures de la vitesse radiale. Ces signaux sont provoqués par la présence d’inhomogénéités de surface changeant de vitesse via la rotation stellaire. Ils sont donc intrinsèques à l’étoile et de même ordre de grandeur que le mouvement réflexe de l’étoile provoqué par la présence d’une planète (mouvement Képlerien) et constituent la principale limite à la détection d’exoplanètes de faible masse. Nous avons donc décidé d’utiliser la méthode d’analyse élaboréedurant mon doctorat sur des marqueurs propres à l’activité stellaire afin d’implémenter une étude exhaustive des conséquences de l’activité stellaire sur les suivis de mesure de vitesse radiale. Nous avons finalement pu détecter des variations à long et court terme dans plus de deux tiers des 179 naines M de notre étude, à toutes les gammes de masse, de tous les types spectraux et même à tous les niveaux d’activité. Nous avons validé 27 cycles d’activité, dont 13 nouveaux, puis nous avonscommencé une étude des effets à plus court terme de l’activité ainsi qu’une étude de la corrélation entre indices chromosphériques

Statistique d'occurrence planétaire autour des naines M et caractérisation fine de l'effet de leur activité stellaire sur la détection par vitesse radiale de planètes telluriques en zone habitable

Exoplanetology has become an essential field of astrophysics research for 25 years, and the heterogenous set of 4000 exoplanet detections keeps increasing. In addition of the gain brought by individual detection, statistical studies bring also some new constraints on planetary formation scenario. As they represent more than 80% of the stellar population of the solar neighborhood, M-dwarfs are privileged targets for these statistical studies. Furthermore, indirect methods of detection are more efficient for small mass planets as the mass of the star decreases. This is the reason why there are many projects dedicated to the detection of telluric planets in the habitable zone of M-dwarfs, leading to a huge volume of data. These huge samples allow us to have a complete view of planetary populations but they need statistical studies based on efficient systematic methods.During my PhD, I have worked on 400 M-dwarfs observed for 18 years (2003-today) by HARPS. I made an automatic analysis on more than 15000 spectra, from the extraction of the radial velocities to the construction of the planetary occurrence statistic. With this work, I found 80% of the planets already published on the HARPS sample and five new massive companions and a planetary candidate. I built a new planetary occurrence statistic around M-dwarfs detected by the radial velocity method. The occurrence rate of the smallest planets (Mp 10 Mt) is 7.8% (+2.4-1.5). These results are compatible with the transit occurrence rates obtained for short periods (Kepler survey), and with those obtained with the radial velocity survey in visible of CARMENES. Working on these time-series of radial velocities allowed us to understand the impact of the magnetic stellar activity in the radial velocity measurements. Some signals are the consequence of the presence of inhomogeneities on the surface of stars moving and inducing velocity variations at the rotation period of the star. These signals are intrinsic and sometimes on the same order of the signals of Keplerian reflex motion of the star. Today, signals of stellar activity are the main limitation in radial velocity detection of terrestrial exoplanets in the habitable zone.We decided to use the systematic methods built in the first part of this work on chromospheric proxies time-series at the end of my PhD. We found long term variability in chromospheric time-series of M-dwarfs of different mass, activity level, temperature, and spectral class. We built a long term analysis and identified 27 cycles of activity over the 179 M-dwarfs selected, 14 already published and 13 new cycles. We are currently working on the short term analysis and on the correlation between variations of chromospheric index.En 25 ans l’exoplanétologie est devenue un domaine de recherche essentiel en astrophysique et l’ensemble hétérogène des 4000 planètes détectées à ce jour ne cesse de s’accroître. Outre le gain d’information apporté par chaque nouvelle détection, la statistique de l’ensemble de ces objets apporte des contraintes capitales aux scenarii de formation planétaire. Pour ces études statistiques les naines M sont des cibles privilégiées car elles représentent près de 80% de la population stellaire de la Galaxie et aussi du voisinage solaire. Qui plus est, leur faible masse rend les méthodes de détection indirecte d’autant plus performantes pour les planètes de type Terre. Il existe donc aujourd’hui de nombreux projets spécifiques aux naines M, produisant un volume de données très conséquent. Ces grands échantillons permettent une vue la plus complète possible des populations planétaires nécessaire et essentielle. Leur étude statistique exige la construction de méthodes d’analyses systématiques efficaces.Durant mon doctorat, j’ai travaillé sur les 427 naines M observées avec l’instrument HARPS sur ces 18 dernières années (2003-aujourd’hui). J’ai mis au point l’analyse automatique de plus de 15000 spectres, de la mesure de la vitesse radiale à la construction d’un nouvel échantillon d’étude de 199 naines M. L’analyse de leurs séries de vitesse radiale a permis de retrouver plus de 80% des détections publiées sur cet échantillon, mais aussi de proposer de nouveaux candidats planétaires.Cet échantillon de 199 naines M permet une nouvelle statistique d’occurrence des planètes autour des naines M détectées par la méthode des vitesses radiales, qui améliore considérablement les précédentes déterminations. Mes résultats montrent une forte prévalence des planètes de petite masse à courtes périodes autour des naines M. Les taux d’occurrence des planètes de moins de 10 M  pour des périodes inférieures à 100 jours atteint les 169% (+2.7-3.5) et seulement 7.8% (+2.4-1.5) pour les planètes de plus de 10 M  pour des périodes similaires. Ces résultats sont compatibles avec ceux obtenus par les grands relevés de recherche de planètes en transit (missions Kepler) pour les très courtes périodes, et ont une bien meilleure sensibilité pour les périodes de plus de 10 jours, domaine où les planètes transitant sont rares. Lors de cette analyse, j’ai également pu étudier des conséquences de l’activité stellaire magnétique sur les mesures de la vitesse radiale. Ces signaux sont provoqués par la présence d’inhomogénéités de surface changeant de vitesse via la rotation stellaire. Ils sont donc intrinsèques à l’étoile et de même ordre de grandeur que le mouvement réflexe de l’étoile provoqué par la présence d’une planète (mouvement Képlerien) et constituent la principale limite à la détection d’exoplanètes de faible masse. Nous avons donc décidé d’utiliser la méthode d’analyse élaboréedurant mon doctorat sur des marqueurs propres à l’activité stellaire afin d’implémenter une étude exhaustive des conséquences de l’activité stellaire sur les suivis de mesure de vitesse radiale. Nous avons finalement pu détecter des variations à long et court terme dans plus de deux tiers des 179 naines M de notre étude, à toutes les gammes de masse, de tous les types spectraux et même à tous les niveaux d’activité. Nous avons validé 27 cycles d’activité, dont 13 nouveaux, puis nous avonscommencé une étude des effets à plus court terme de l’activité ainsi qu’une étude de la corrélation entre indices chromosphériques

Statistique d'occurrence planétaire autour des naines M et caractérisation fine de l'effet de leur activité stellaire sur la détection par vitesse radiale de planètes telluriques en zone habitable

Exoplanetology has become an essential field of astrophysics research for 25 years, and the heterogenous set of 4000 exoplanet detections keeps increasing. In addition of the gain brought by individual detection, statistical studies bring also some new constraints on planetary formation scenario. As they represent more than 80% of the stellar population of the solar neighborhood, M-dwarfs are privileged targets for these statistical studies. Furthermore, indirect methods of detection are more efficient for small mass planets as the mass of the star decreases. This is the reason why there are many projects dedicated to the detection of telluric planets in the habitable zone of M-dwarfs, leading to a huge volume of data. These huge samples allow us to have a complete view of planetary populations but they need statistical studies based on efficient systematic methods.During my PhD, I have worked on 400 M-dwarfs observed for 18 years (2003-today) by HARPS. I made an automatic analysis on more than 15000 spectra, from the extraction of the radial velocities to the construction of the planetary occurrence statistic. With this work, I found 80% of the planets already published on the HARPS sample and five new massive companions and a planetary candidate. I built a new planetary occurrence statistic around M-dwarfs detected by the radial velocity method. The occurrence rate of the smallest planets (Mp 10 Mt) is 7.8% (+2.4-1.5). These results are compatible with the transit occurrence rates obtained for short periods (Kepler survey), and with those obtained with the radial velocity survey in visible of CARMENES. Working on these time-series of radial velocities allowed us to understand the impact of the magnetic stellar activity in the radial velocity measurements. Some signals are the consequence of the presence of inhomogeneities on the surface of stars moving and inducing velocity variations at the rotation period of the star. These signals are intrinsic and sometimes on the same order of the signals of Keplerian reflex motion of the star. Today, signals of stellar activity are the main limitation in radial velocity detection of terrestrial exoplanets in the habitable zone.We decided to use the systematic methods built in the first part of this work on chromospheric proxies time-series at the end of my PhD. We found long term variability in chromospheric time-series of M-dwarfs of different mass, activity level, temperature, and spectral class. We built a long term analysis and identified 27 cycles of activity over the 179 M-dwarfs selected, 14 already published and 13 new cycles. We are currently working on the short term analysis and on the correlation between variations of chromospheric index.En 25 ans l’exoplanétologie est devenue un domaine de recherche essentiel en astrophysique et l’ensemble hétérogène des 4000 planètes détectées à ce jour ne cesse de s’accroître. Outre le gain d’information apporté par chaque nouvelle détection, la statistique de l’ensemble de ces objets apporte des contraintes capitales aux scenarii de formation planétaire. Pour ces études statistiques les naines M sont des cibles privilégiées car elles représentent près de 80% de la population stellaire de la Galaxie et aussi du voisinage solaire. Qui plus est, leur faible masse rend les méthodes de détection indirecte d’autant plus performantes pour les planètes de type Terre. Il existe donc aujourd’hui de nombreux projets spécifiques aux naines M, produisant un volume de données très conséquent. Ces grands échantillons permettent une vue la plus complète possible des populations planétaires nécessaire et essentielle. Leur étude statistique exige la construction de méthodes d’analyses systématiques efficaces.Durant mon doctorat, j’ai travaillé sur les 427 naines M observées avec l’instrument HARPS sur ces 18 dernières années (2003-aujourd’hui). J’ai mis au point l’analyse automatique de plus de 15000 spectres, de la mesure de la vitesse radiale à la construction d’un nouvel échantillon d’étude de 199 naines M. L’analyse de leurs séries de vitesse radiale a permis de retrouver plus de 80% des détections publiées sur cet échantillon, mais aussi de proposer de nouveaux candidats planétaires.Cet échantillon de 199 naines M permet une nouvelle statistique d’occurrence des planètes autour des naines M détectées par la méthode des vitesses radiales, qui améliore considérablement les précédentes déterminations. Mes résultats montrent une forte prévalence des planètes de petite masse à courtes périodes autour des naines M. Les taux d’occurrence des planètes de moins de 10 M  pour des périodes inférieures à 100 jours atteint les 169% (+2.7-3.5) et seulement 7.8% (+2.4-1.5) pour les planètes de plus de 10 M  pour des périodes similaires. Ces résultats sont compatibles avec ceux obtenus par les grands relevés de recherche de planètes en transit (missions Kepler) pour les très courtes périodes, et ont une bien meilleure sensibilité pour les périodes de plus de 10 jours, domaine où les planètes transitant sont rares. Lors de cette analyse, j’ai également pu étudier des conséquences de l’activité stellaire magnétique sur les mesures de la vitesse radiale. Ces signaux sont provoqués par la présence d’inhomogénéités de surface changeant de vitesse via la rotation stellaire. Ils sont donc intrinsèques à l’étoile et de même ordre de grandeur que le mouvement réflexe de l’étoile provoqué par la présence d’une planète (mouvement Képlerien) et constituent la principale limite à la détection d’exoplanètes de faible masse. Nous avons donc décidé d’utiliser la méthode d’analyse élaboréedurant mon doctorat sur des marqueurs propres à l’activité stellaire afin d’implémenter une étude exhaustive des conséquences de l’activité stellaire sur les suivis de mesure de vitesse radiale. Nous avons finalement pu détecter des variations à long et court terme dans plus de deux tiers des 179 naines M de notre étude, à toutes les gammes de masse, de tous les types spectraux et même à tous les niveaux d’activité. Nous avons validé 27 cycles d’activité, dont 13 nouveaux, puis nous avonscommencé une étude des effets à plus court terme de l’activité ainsi qu’une étude de la corrélation entre indices chromosphériques

Statistique d'occurrence planétaire autour des naines M et caractérisation fine de l'effet de leur activité stellaire sur la détection par vitesse radiale de planètes telluriques en zone habitable

Exoplanetology has become an essential field of astrophysics research for 25 years, and the heterogenous set of 4000 exoplanet detections keeps increasing. In addition of the gain brought by individual detection, statistical studies bring also some new constraints on planetary formation scenario. As they represent more than 80% of the stellar population of the solar neighborhood, M-dwarfs are privileged targets for these statistical studies. Furthermore, indirect methods of detection are more efficient for small mass planets as the mass of the star decreases. This is the reason why there are many projects dedicated to the detection of telluric planets in the habitable zone of M-dwarfs, leading to a huge volume of data. These huge samples allow us to have a complete view of planetary populations but they need statistical studies based on efficient systematic methods.During my PhD, I have worked on 400 M-dwarfs observed for 18 years (2003-today) by HARPS. I made an automatic analysis on more than 15000 spectra, from the extraction of the radial velocities to the construction of the planetary occurrence statistic. With this work, I found 80% of the planets already published on the HARPS sample and five new massive companions and a planetary candidate. I built a new planetary occurrence statistic around M-dwarfs detected by the radial velocity method. The occurrence rate of the smallest planets (Mp 10 Mt) is 7.8% (+2.4-1.5). These results are compatible with the transit occurrence rates obtained for short periods (Kepler survey), and with those obtained with the radial velocity survey in visible of CARMENES. Working on these time-series of radial velocities allowed us to understand the impact of the magnetic stellar activity in the radial velocity measurements. Some signals are the consequence of the presence of inhomogeneities on the surface of stars moving and inducing velocity variations at the rotation period of the star. These signals are intrinsic and sometimes on the same order of the signals of Keplerian reflex motion of the star. Today, signals of stellar activity are the main limitation in radial velocity detection of terrestrial exoplanets in the habitable zone.We decided to use the systematic methods built in the first part of this work on chromospheric proxies time-series at the end of my PhD. We found long term variability in chromospheric time-series of M-dwarfs of different mass, activity level, temperature, and spectral class. We built a long term analysis and identified 27 cycles of activity over the 179 M-dwarfs selected, 14 already published and 13 new cycles. We are currently working on the short term analysis and on the correlation between variations of chromospheric index.En 25 ans l’exoplanétologie est devenue un domaine de recherche essentiel en astrophysique et l’ensemble hétérogène des 4000 planètes détectées à ce jour ne cesse de s’accroître. Outre le gain d’information apporté par chaque nouvelle détection, la statistique de l’ensemble de ces objets apporte des contraintes capitales aux scenarii de formation planétaire. Pour ces études statistiques les naines M sont des cibles privilégiées car elles représentent près de 80% de la population stellaire de la Galaxie et aussi du voisinage solaire. Qui plus est, leur faible masse rend les méthodes de détection indirecte d’autant plus performantes pour les planètes de type Terre. Il existe donc aujourd’hui de nombreux projets spécifiques aux naines M, produisant un volume de données très conséquent. Ces grands échantillons permettent une vue la plus complète possible des populations planétaires nécessaire et essentielle. Leur étude statistique exige la construction de méthodes d’analyses systématiques efficaces.Durant mon doctorat, j’ai travaillé sur les 427 naines M observées avec l’instrument HARPS sur ces 18 dernières années (2003-aujourd’hui). J’ai mis au point l’analyse automatique de plus de 15000 spectres, de la mesure de la vitesse radiale à la construction d’un nouvel échantillon d’étude de 199 naines M. L’analyse de leurs séries de vitesse radiale a permis de retrouver plus de 80% des détections publiées sur cet échantillon, mais aussi de proposer de nouveaux candidats planétaires.Cet échantillon de 199 naines M permet une nouvelle statistique d’occurrence des planètes autour des naines M détectées par la méthode des vitesses radiales, qui améliore considérablement les précédentes déterminations. Mes résultats montrent une forte prévalence des planètes de petite masse à courtes périodes autour des naines M. Les taux d’occurrence des planètes de moins de 10 M  pour des périodes inférieures à 100 jours atteint les 169% (+2.7-3.5) et seulement 7.8% (+2.4-1.5) pour les planètes de plus de 10 M  pour des périodes similaires. Ces résultats sont compatibles avec ceux obtenus par les grands relevés de recherche de planètes en transit (missions Kepler) pour les très courtes périodes, et ont une bien meilleure sensibilité pour les périodes de plus de 10 jours, domaine où les planètes transitant sont rares. Lors de cette analyse, j’ai également pu étudier des conséquences de l’activité stellaire magnétique sur les mesures de la vitesse radiale. Ces signaux sont provoqués par la présence d’inhomogénéités de surface changeant de vitesse via la rotation stellaire. Ils sont donc intrinsèques à l’étoile et de même ordre de grandeur que le mouvement réflexe de l’étoile provoqué par la présence d’une planète (mouvement Képlerien) et constituent la principale limite à la détection d’exoplanètes de faible masse. Nous avons donc décidé d’utiliser la méthode d’analyse élaboréedurant mon doctorat sur des marqueurs propres à l’activité stellaire afin d’implémenter une étude exhaustive des conséquences de l’activité stellaire sur les suivis de mesure de vitesse radiale. Nous avons finalement pu détecter des variations à long et court terme dans plus de deux tiers des 179 naines M de notre étude, à toutes les gammes de masse, de tous les types spectraux et même à tous les niveaux d’activité. Nous avons validé 27 cycles d’activité, dont 13 nouveaux, puis nous avonscommencé une étude des effets à plus court terme de l’activité ainsi qu’une étude de la corrélation entre indices chromosphériques

Cavity-enhanced frequency comb spectroscopy in a supersonic jet

International audienceReaching low temperatures is of great interest for precision spectroscopy, as it simplifies rovibrationnal spectra of large molecules. Efficient cooling can be achieved via the supersonic expansion of a gas through a nozzle, which can be probed using cavity-enhanced spectroscopy [4]. The comb filtered by the cavity had a frep= 707MHz, and two-burst interferograms were acquired, yielding comb mode resolution [4]. A mixture of 90% Ar and 10% C2H2 was expanded from a reservoir at 16 Torr into a chamber at 0.35 Torr through an aerospike nozzle. The isentropic core of the resulting supersonic jet exhibited a rotational temperature of 140 K and was surrounded by shear layers and residual gas at room temperature