F.Fressin, T.GuillotA.Blazit, JP. Rivet,Y Rabbia, J.Gay, P.Assus (OCA - Nice),F.X. Schmider, E. Fossat, K. Agabi, J.B. Daban (LUAN),

F.Pont (Obs. Genève), C.Moutou (OHP - OAMP),

A.Erikson, H.Rauer (DLR - Berlin),

A STEPA STEP Antarctica Search for Transiting Antarctica Search for Transiting

Extrasolar PlanetsExtrasolar Planets

Les transits: Pourquoi?Les transits: Pourquoi?

Seule possibilité de mesurer le rayon d’une

exoplanèteCombiné avec des mesures en

vitessesradiales:

Masse, densité, compositionCapacité de détecter des objets petits

Jupiter: 1%; Terre: 0.01%

mesure du rayon(photométrie)

mesure de la masse(vitesses radiales)

L’importance des transits …L’importance des transits …Sato et al. For N2K Consortium, accepté par

Astrophysical Journal – 07/2005

Un Saturne chaud avec un noyau massif !Période = 2.8766 jour Rayon = 0.725 +/- 0.05 RJupMasse = 0.36 +/-O.O3 MJup

Les modèles de formation planétaire suggèrent la présence d’un noyau rocheux de 67 masses terrestres !

Les 9 planètes caractériséesLes 9 planètes caractérisées

Projets transits au sol Projets transits au sol Program Observing site Status Telescope Instrument

FieldofView

Limitingmagnitude

Stars/FOV Precision

VulcanMt. Hamilton,California

observing 5,4 cm

SpectralInstruments-560,KodakKAF16800 4k x4k CCD, CanonEF300 F/2.8

7 x7

13 mag 6000 1%

Hat-1 Kitt Peak, Arizonaunderconstruction

6,4 cm

Apogee AP 10,ThomsonTHX7899M 2k x2k, Nikon180mm f/2.8 MF

9 x9

13 mag 20000 0,01 mag

ASAS-3 Ź observing 7,1 cmApogee AP 102k x 2k, Minolta200/2.8

8,8x8,8

14 mag 8000 Ź

STARETenerife, CanaryIslands

observing 10 cmPixelvision 2k x2k CCD, f/2.9

Ź 25000 Ź

BESTThueringerLandessternwarte,Germany

observing 20 cm

CCD AP10Apogee,ThomsonTHX899M

3.1x3.1

13 mag 30000 < 1%

WASP0 Ź Project 10 inch

F/2.8 Nikon,Apogee 10 CCDcamera(2k x 2k)

9 x9

14 mag Ź 1 %

SuperWASPLa Palma, CanaryIslands

underconstruction

11,1 cm

Canon 200mmf/1.8, 2k x 2kthinned EEVproduced byAndor of Belfast

9.5x9.5

13 mag 43000 Ź

APTSiding SpringObservatory,Australia

observing 80 cm Ź2 x3

13 mag Ź 1%

OGLELas CampanasObservatory,Chile

observing 130 cm

8kMOSAIC CCDcamera (SITe2048 x 2049 thinchip )

35' x35'

Ź Ź Ź

STELLATenerife, CanaryIslands

underconstruction

???CCD42-40ŹNIMO2k x 2k

Ź Ź Ź Ź

RAPTOR AFenton Hill,Jemez Mountains

underconstruction

70 cm

Apogee AP10,Thomson 7899MCCD 2k x 2k,Canon 85mmf/1.2

19,5x19,5

12 mag Ź Ź

• 9 planètes en transit découvertes à ce jour– 3 vitesse-radiale +

suivi photométrique

– 5 OGLE– 1 TrES

La photométrie des transits – Comment ça marche La photométrie des transits – Comment ça marche pas ? pas ?

Un écart énorme entre le nombre de détections attendu et la réalité :

Projet

STAREOGLEHATnetVulcanUNSW

Nombre de détection attendu par saison

1417.21111

13.6

Simulation considérant les « effets

systématiques »

0.91.10.20.6

0.01

Nombre de détections réel

11.2000

Plusieurs éléments mis en cause pour estimer cette surestimation :• Nombre de candidats réels exploitables par champ (Brown 2003, Gaudi et al. 2005 …) • Couverture temporelle limitée• Bruits rouges corrélés ou effets systématiques (Pont 2005)

L’estimation précise du nombre L’estimation précise du nombre de cibles exploitables par champ de cibles exploitables par champ

Les différence de types stellaires Le biais en métallicité

L’observation en continu

Une bonne couverture en phase est déterminante pour détecter la majorité des transits depuis le sol

OGLE: transits découverts avec des périodes :• très courtes : 1 jour environ (rare!) ou périodes • stroboscopiques

« Pégasides »: périodes autour de 3 jours, profondeur ~1%

Probabilité de détection d’un transit

Avec OGLE

Pour le même télescope avec une couverture en phase sans intermittence pendant 60 jours

Les effets systématiques Les effets systématiques •Nous n’en possédons qu’une connaissance partielle

•Ils résultent de l’interaction entre effets •environnementaux et avec les choix instrumentaux

•Ils sont fortement liés à la qualité de l’échantillonnage

•Pour OGLE, la principale source est la réfraction •différentielle liée aux changements de masse d’air.

Ces bruits rouges, ou « effets systématiques » sont l’ensemble des bruits ayant des corrélations temporelles et que l’on ne peut soustraire simplement.

Ils sont de loin, et pour tous les projets transit sol que nous avons analysés, le bruit majorant.

Etude théorique en cours : La simulation de la détectivité globale d’un programme de recherche de

transitsCOROTLUX->Génération d’un champ d’étoiles(bruits astrophysiques)

Génération de Fonction d’Etalement du Point(bruits instrumentaux et environnementaux)

Estimation du Rapport Signal à Bruit-> Génération des courbes de lumière (effets systématiques)

SYS. REM. (Systematic Removal) et Algorithm de Filtrage Adapté-> Detection des transits dans les courbes de lumière(-> Nombre de détections)

A STEPA STEP : : Une caméra à adapter sur un télescope du siteUne caméra à adapter sur un télescope du site

pour la recherche de transits au Dôme C pour la recherche de transits au Dôme C

• Objectif du projet+ Qualification photométrique du site pour ce type

d’études + Mise en évidence du gain en détectivité lié au

Dôme C+ Détection d’exoplanètes en transit

• Particularités du projet+ Phase 0 d’un projet de détection massif+ Seul projet français de détection de transits depuis le sol+ Coordination avec d’autres projets existants

Scientific committeeTristan Guillot (OCA, PI)Francois Fressin (OCA, IS)Frederic Pont (Geneva)Eric Fossat (LUAN)François-Xavier Schmider (LUAN)Heike Rauer (DLR)

Scientific consultants:Claire Moutou (OAMP)Alain Léger (IAS) Jean Gay (OCA)Jean-Philippe Beaulieu (IAP)

Technical teamKarim Agabi (LUAN, PM)Jean Baptiste Daban (LUAN)Alain Blazit (OCA)Francois Fressin (OCA)Anders Erikson (DLR)

Technical consultants:Pierre Assus (OCA)Pierre Antonelli (OCA)Catherine Renaud (OCA)Eric Aristidi (LUAN)

Dôme A4100 m

Dôme C3300 m

La station Concordia au Dôme C

Dome C, Antarctique …Dome C, Antarctique …

Stratégie d’observationStratégie d’observationConfirmation par le premier hivernage de la couverture en phase exceptionnelle (couverture nuageuse, aurores australes ne sont pas nuisibles)

Effets systématiques environnementaux largement réduits(masse d’air faible et presque constante pour le champ-cibleÉchelle temporelle des fluctuations différentes des périodes de transits)

« First Whole atmosphere night seeing measurements at Dome C, Antarctica »

Agabi, Aristidi, Azouit, Fossat, Martin, Sadibekova, Vernin, Ziad

Planning du projet

Plusieurs configurations étudiées en parallèle

Prototype dédiéTélescope Newton de 40

cm

CCD EEV 42-80 (MARCONI)Size: 2048 x 2048Pixel size 13,5

Télescope de type MEADE 16 antarctisé

Plusieurs configurations étudiées en parallèle

Télescope « Minitrust » : combinaison à 3 miroirs pour la photométrie grand champ à optique active – anastigmatique et achromatique• Diamètre 45 cm• Utilisation nominale pour un champ de 2° de diagonale sur une caméra de 25 mm de côté• Miroirs en Zérodur existants et testés• Champ « parfait », limité par la diffraction dans ces conditions d’utilisation

Groupes de travail

Groupe scientifique (OCA)Instrumentation Télescope (LUAN) Optique (OAMP) Caméra (OCA) Informatique (OCA)Stratégie d’observation (OAMP, OCA)Traitement des données (DLR)Logistique (LUAN)Tests, étalonnage (LUAN)Automatisation (DLR, Genève)Suivi des candidats (Genève)

Caméra A STEP

CCD Backup Corot Andor DW 436

Le traitement des données

Ré-utilisation possible d’une grande partie de la chaîne de traitements de données du télescope

BEST (Berlin Exoplanet Search Telescope)

Binaires à éclipses rasantes

naines M systèmes triples

La discrimination des faux transits

Suivi par vitesse radiale des candidatsAvec l’instrument HARPS• Elimination des faux candidats• Caractérisation masse - rayon des détections

Perspectives

• A STEP est un projet au potentiel élevé– Susceptible de détecter en une saison d’observation autant de

transits que l’ensemble des autres programmes au sol jusqu’ici en plusieurs années.

– Test photométrique du Dôme C pour les programmes de transits futurs.

– Soutenu par le PNP (Phase 0), le groupe Sismologie Stellaire, le groupe Exoplanètes et le CSA.

– Fait l’objet d’une demande ANR

• La recherche de transits est déterminante pour la caractérisation planétaire– Les modèles de formation planétaire et du

système solaire– Une étape primordiale pour préparer les grands

projets de recherche exobiologique

A STEPA STEP : : Les résultats de la phase 0 en 2005 et les travaux en Les résultats de la phase 0 en 2005 et les travaux en

cours cours

•La constitution d’une équipe scientifique et technique adaptée au projet

Identification du Project Manager et de l’expert caméra à l’OCA Intégration du LUAN dans l’équipe A STEP

•L’étude de l’adaptation de A STEP aux télescopes du site Etude du dispositif optomécanique d’insertion

•L’étude de la stratégie optimale pour un programme transit solExploitation des résultats du premier hivernageChamps cibles et stratégie d’observation

•La connaissance de la photométrie des transits depuis le sol Impact des effets systématiques (Pont et al. 2005 en préparation)Simulateur global de détection des transits (incluant simulateur de champ et tous les effets générateurs de bruit dont nous avons connaissance)