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CERES – Atelier Vol en formation pour l’astrophysique et la physique solaire 17 Octobre 2005 1
PEGASE
PEGASE
Programme Scientifique
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PEGASE
Programme scientifique
• Programme principal : instrument optimisé ou adapté pour : – Caractérisation physique et physico-chimique des
compagnons stellaires, substellaires et planétaires– Etude des disques proto-planétaires
Etude des disques zodiacaux (sous conditions)
• Programme secondaire :Objectifs scientifiques abordables selon les choix instrumentaux faits pour le programme principal
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PEGASE
Etoile / planète : FormationPhysique gouvernée principalement par la masse des objets - Gravitation - Processus nucléaires
Masse
cycle p-p cycle CNO
1.5-2 M
13 Mjup
(0.013 M )
Fusion du deutérium
Naines brunes:rayon M-1/3
Planètes
10 M
Accrétion du gaz
GéantesTelluriques
Fusion de l’hydrogène
Etoiles :rayon M
80 MJup (0.08 M)
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PEGASE
Pégasides• Actuellement : ~ 30 pégasides découvertes
– Détection essentiellement en VR M.sin(i) – Peu d’information sur la taille / structure / composition
• Pas ou peu de contraintes sur les modèles atmosphériques – Nuages : composition– Aérosols ?– Thermalisation jour / nuit, vent zonaux ?
Spectrocopie proche IR
Sudarsky et al.,
2003Barman et al., 2005
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PEGASE
Pégasides (2)
• En 2012, COROT aura détecté ~ 25 Pégasides– Détection en transit + Vitesse radiale M, R connus– Principale question : Structure / composition de
l’atmosphère spectro observation directe– Rôle de la taille des objets dans les processus
• Observation directe et spectroscopie– HRA + grande dynamique– Couverture spectrale continue Observation depuis l’espace
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PEGASE
Naines brunes et étoiles de faible masse • Science : évolution F(M,t) : connaissance de M
Observation de systèmes liés :
L(M), Teff(M)
Exploration du diagramme (M,t) Objets vieux connus Objets jeunes à découvrir :
(VLTI, Planet Finder)
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PEGASE
Spectroscopie des naines brunes
Atmosphère :
Composition
Rôle des aérosols et
grains réfractaires
(nuages)
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PEGASE
Disques protoplanétaires
• Objectifs:– Déterminer la structure des disque– Comprendre les mécanismes de formation planétaire– interactions disque / étoile / planètes
Ex : Visualiser le sillon créé par
une planète?
Région de formation d’étoiles
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PEGASE
Disques protoplanétaires (2)
Mesure de visibilité en fonction de
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PEGASE
PEGASE et les disques zodiacaux
• Une science préliminaire indispensable à DARWIN– Caractérisation de l’environnement des cibles de DARWIN
– Dimensionnement de l’instrument
• Sensibilité : a priori suffisantes : quelques 10 zodis (AC)– Dépendance en type spectral ?
• Nécessité de disposer de petites bases– Bases optimales entre 10 et 40 m (distance inter
vaisseaux entre 5 et 20 m)
– Condition du vol en formation à étudier ou affiner
– Bilan thermique à revoir
Validation nécessaire durant la phase A
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PEGASE
Choix des ciblesDES AUJOURD’HUI
•12 Pégasides avec S/B > 7 en 1 heure (R=60)•2 naines brunes avec S/B > 7 en 1 heure (R=60)•De nombreuses zones de formation d’étoiles•Cibles DARWIN autour de l’écliptique (programme exozodis)UN PROGRAMME COMPLET DEJA REALISABLE
UN DOMAINE QUI EVOLUE VITE
•Détection récente des « Neptunes Chauds »•Des systèmes complexes et variées•De nouveaux types d’objets ?DE NOMBREUSES NOUVELLES CIBLES EN 2012
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PEGASE
PEGASE et le contexte interférométrique au sol
• VLTI/Keck: couvertures spectrales entre 1-2.5 m et 8-13 m– Lignes de base inférieures à 200m
– Couverture assez complète pour faire de l’imagerie
– Résolutions spectrales de 35, 1500, 10000
• LBT: imageur à 2 télescopes en mode Fizeau et 23m de bases maximales
• IOTA, CHARA, MRO: imageries mais petites ouvertures (≤ 1m)• COAST, NPOI: imagerie visible très petites pupilles• OHANA: très grandes bases, grands télescopes mais accès difficiles• Antarctique: potentiel intéressant mais limité par les bandes
atmosphériques
Très bonne complémentarité avec les instruments sol
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0,0001
0,001
0,01
0,1
1
0,1 1 10 100
(µm)
résolution angulaire (arcsec)
PEGASE0,25 m2,
10-4
1 m
10 m
100 m
1000 m
FKSI
TPF-C22 m2, 10-9
SIM
JWST30 m2 10-3
DARWIN21 m2,
10-6
IF SOLmax.
200 m2
VLTI
Peg-asides
BD
Gap disk
Terres
?
en vert : objetsà optimal
(contraste max)O3CH4COH2O CO2
planètes géantes froides
5 mas
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PEGASE
PEGASE dans le contexte spatial• Aucun concurrent dans l’espace en terme de domaine spectral et résolution angulaire avant DARWIN/TPF-I• Concurrence marginale du Spitzer et JWST sur les spectres des pégasides
– Très peu d’objets (2 actuellement dont 1 atypique)– Pas de possibilité de recherche d’objets– Dimension temporelle pas explorée
Charbonneau et al., 2005
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PEGASE
PEGASE et DARWIN• PEGASE : une mission avant tout scientifique
– Retour scientifique très important complémentaire de DARWIN
– Au moins un ordre de grandeur moins difficile
• PEGASE pourrait aussi être un précurseur de DARWIN / TPF– Mis à part SIM (?), aucun interféromètre n’est prévu avant DARWIN/TPF
– Nécessité de valider dans l’espace des concepts non validables depuis le sol (vol en formation, senseur de franges…)
– Réduction des risques financiers liés au développement de ces missions très ambitieuses
– Les coûts élevés de ces dernières et les budget limités des états concernés implique nécessairement une coopération internationale.
– PEGASE : étape importante d’une «feuille de route» internationale de l’interférométrie spatiale et de sa réalisation par le VF.
– Intérêt des grandes agences et collaborateurs, mais difficultés financières et calendaires…
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PEGASE
Conclusions
• Un programme scientifique très riche et très novateur
• Une gamme complète de cibles– De « faciles » et assurées à « ambitieux » et
techniquement pointus– À contraindre lors de la définition précise de
l’instrument
• Un précurseur indispensable pour les futures missions d’interférométrie type DARWIN/TPF