A STEP

A STEP
Antarctica Search for Transiting
Extrasolar Planets
F.Fressin, T.Guillot
P.Assus, JP. Rivet, J.Gay, Y. Rabbia (OCA - Nice),
A.Erikson, H.Rauer (DLR - Berlin),
F.Pont (Obs. Genève),
F.Bouchy, C. Moutou (OAMP - Marseille),
A.Léger (IAS - Orsay)
Les planètes extrasolaires connues
Les “pégasides”
ou “Jupiters chauds”
Périodes orbitales:
1 à 10 jours !
Environ 0.5% des
étoiles de type
solaire
Probabilité de transit:
~10%
Le « transit » d’une
exo-planète
Étoile cible
Vue « de dessus »:
Exoplanète
Observateur
Vue depuis la Terre:
La courbe de luminosité
Luminosité
1.2
Transit i
0.
0
i
N
Temps
Les transits: Pourquoi?
QuickTime™ et un
décompresseur GIF
sont requis pour visionner cette image.
mesure du rayon
(photométrie)
mesure de la masse 
(vitesses radiales)



Seule possibilité de mesurer le rayon
d’une exoplanète
Combiné avec des mesures en vitesses
radiales:
 Masse, densité, composition
Capacité de détecter des objets petits
 Jupiter: 1%; Terre: 0.01%
Mesure de l’effet de phase
atmosphérique
Les planètes en transit
•
7 planètes en transit à ce
jour
– 1 vitesse-radiale + suivi
photométrique
– 5 OGLE
– 1 TrES
•
Des périodes très courtes:
– 1 à 10 jours!
•
•
Amplitude du signal: ~1%
Masses & rayons: de l’ordre
de celui de Jupiter
Vers les « petites » planètes…
• 3 planètes de type « Uranus » détectées
– Méthode des vitesses radiales
Etoile
Type
HD160691d G3IV-V
Msini
(M)
D (AU)
P (jours)
14
0.09
9.6
55 CnC e
G8V
14
0.038
2.8
GJ 436 b
M2.5V
21
0.028
2.6
Les transits de l’espace
Nom
Caractéristiques
Notes
COROT
27cm, orbite
polaire, 2°x1°
Lancement 2006
Kepler
Schmidt, 95cm,
105°2
Lancement 2007
Projets transits au sol
Program
Observing site
Status
Telescope Instrument
Field
Limiting
Stars/FOV Precision
of
magnitude
View
Vulcan
Mt. Hamilton,
California
5,4 cm
Spectral
In struments-560,
Kodak
7Ў x
13 mag
KAF16800 4k x 7Ў
4k CCD, Canon
EF300 F/2.8
Hat-1
under
Kitt Peak, Arizona
6,4 cm
construction
Apogee AP 10,
Thomson
9Ў x
THX7899M 2k x
13 mag
9Ў
2k, Nikon
180mm f/2.8 MF
ASAS-3
К
observing
7,1 cm
Apogee AP 10
2k x 2k , Minolta
200/2.8
8,8Ў
x
14 mag
8,8Ў
8000
К
STARE
Tenerife, Canary
Islands
observing
10 cm
Pixelvis ion 2k x
2k CCD, f/2.9
К
25000
К
BEST
Thueringer
Landessternwarte, observing
Germany
20 cm
CCD AP10
Apogee,
Thomson
THX899M
3.1Ў
x
13 mag
3.1Ў
30000
< 1%
10 inch
F/2.8 Nikon,
Apogee 10 CCD 9Ў x
14 mag
camera
9Ў
(2k x 2k)
К
1%
43000
К
К
1%
WASP0
К
observing
Project
6000
1%
20000
0,01 mag
SuperWASP
La Palma, Canary under
11,1 cm
Islands
construction
Canon 200mm
f/1.8, 2k x 2k
9.5Ў
thinned EEV
13 mag
x
produced by
9.5Ў
Andor of Belfast
APT
Siding Spring
Observatory,
Australia
observing
80 cm
К
OGLE
Las Campanas
Observatory,
Chile
observing
130 cm
8kMOSAIC CCD
camera (SITe
35' x
К
2048 x 2049 thin 35'
chip )
К
К
STELLA
Tenerife, Canary
Islands
under
???
construction
CCD42-40КNIMO
К
2k x 2k
К
К
К
К
Fenton Hill,
under
RAPTOR A
70 cm
Jemez Mountains construction
2Ў x
13 mag
3Ў
К
Apogee AP10,
Thomson 7899M 19,5Ў
CCD 2k x 2k,
12 mag
x
Canon 85mm
19,5Ў
f/1.2
Un nouveau projet transit sol?
• Buts scientifiques:
– Détecter ~1000 « Pégasides » d’ici 2012
– Détecter des « Uranus chauds », voire des planètes plus
petites
– Mesurer la courbe de lumière liée à la lumière réfléchie par la
planète
• Conditions requises:
–
–
–
–
Bonne couverture en phase
Site présentant d’excellentes qualités photométriques
Projet pouvant donner des résultats rapidement
Nécessité de combiner avec mesures parallèles de vitesses
radiales
– Peu de fausses alertes
A STEP :
Un télescope de 40 cm au Dôme C
• Objectif du projet
+ Préparation de l’après COROT
+ Qualification photométrique du site pour ce type d’études
+ Mise en évidence du gain en détectivité lié au Dôme C
• Particularités du projet
+ Phase 0 d’un projet de détection massif
+ Possibilité de coordination avec d’autres projets existants
+ Seul projet français de détection de transits depuis le sol
• Les problèmes actuels
- Incertitudes liées à la logistique du Dôme C
- Choix de la caméra
- Besoin en ingénieurs/techniciens
Les équipes participant au projet
Coordination du projet
Tristan Guillot (Cassiopée)
François Fressin (Gemini)
Comité scientifique
Tristan Guillot (Cassiopée)
Jean Gay (Gemini)
Frédéric Pont (Genève)
Alain Léger (IAS)
Heike Rauer (Berlin)
Conception, tests de l’instrument,
qualification du télescope à basse
température
Pierre Assus (Cassiopée)
François Fressin (Gemini)
Consultation Concordiastro (LUAN/OCA)
Automatisation du télescope, stockage
et traitement des données.
Heike Rauer (Berlin)
Anders Erikson (Berlin)
François Bouchy (LAM - OHP)
Recherche des transits dans les courbes
de lumières, élimination des fausses
détections.
Alain Léger (IAS)
François Fressin (Gemini)
Frédéric Pont (Genève)
Anders Erikson (Berlin)
Simulations, sélections des champs
Heike Rauer (Berlin)
Claire Moutou (LAM)
Jean-Pierre Rivet (Cassiopée)
Suivi par vitesses radiales
des candidats avec HARPS
Frédéric Pont (Genève)
François Bouchy (LAM - OHP)
Les avantages du Dôme C
•Trois ans de travaux conduits par le LUAN pour la qualification du
Dôme C : meilleur site au monde pour la photométrie de précision
•Tests en hiver austral en cours (LUAN)
•Nuit australe : couverture en phase exceptionnelle (observation
en continu possible sur de longues durées)
Pourquoi observer 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%
Courbe de probabilité de détection égale
àProbabilité
50 % pourde
unedétection
observation
60 jours
d’unde
transit
Pour
télescope de type A STEP au Chili
Avecun
OGLE
Pour
Dôme
Pour le
le même
même télescope
télescope au
avec
une C
couverture en phase sans
intermittence pendant 60 jours
Dôme C / Espace
- Fluctuations atmosphériques
- La brillance du ciel dépend de :
• La hauteur du soleil sous l’horizon
• D’éventuelles aurores australes
• De la phase de la Lune
+ Possibilité de stockage d’une
grande quantité de données
+ Coût réduit (transport,
interventions)
+ Possibilité d’améliorations
ultérieures (filtres…)
Height on the sky
40
Centre galactique
10
Soleil
-10
Lune
-40
May
June
July 2007
Le télescope A STEP
-Télescope Newton de 40 cm
Compromis pour la taille du champ
-Monture Astrophysics 1200
Actuellement testée au Dôme C
-Tube en fibre de carbone
Léger et peu dilaté
- Correcteur de Coma
-Tests sur un jumeau
non – « antarctisé »
au plateau de Calern cet hiver
> Bon compromis entre performances, coût et faisabilité
Financement du projet
Demande à l’INSU et au PNP
2005 : 20 K€ -> Missions, collaborations
Caméra, électronique et outils d’acquisition
Informatique
2006 : 100 K€ -> Télescope, qualifications au froid, tests
Missions, collaborations
2007 : 10 K€ -> Missions, collaborations
Demandes de financement à nos partenaires européens
(Allemagne, Suisse) -> hardware, réduction des données
Demande à la région PACA -> pièces mécaniques (tube,
araignée, supports)
IPEV : financement de la logistique (transport, installation)
Points-clés du projet
Optimisation de la recherche de transits
2004-2005
>T.Guillot, F.Fressin, F.Pont, F.Bouchy
Conception et fabrication du télescope
2004-2006
>J.Gay, F.Fressin
industriels:O&V, Airy
Conception de la chaîne de traitement des données
>A.Erikson, H.Rauer
CCD + Système de lecture
Test du télescope jumeau
>J.P.Rivet,J.Gay,F.Fressin,P.Assus
2005
BEST
2005
hiver 2005
industriels:0&V
Automatisation du télescope/système de suivi
>BEST + ?
2005
Qualification du télescope basse température
>P.Assus, F.Fressin
O&V, consultation LUAN
Transport et installation du télescope sur le site
>F.Fressin+?
2006
fin 2006
IPEV
Recherche des transits dans les courbes de lumière
2007-2008
>T.Guillot, F.Pont, H.Rauer, F.Fressin algorithmes COROT
Suivi des candidats en vitesse radiale
>F.Pont-F.Bouchy
2007-2008
HARPS
Possibilité d’utiliser une CCD de réserve de COROT
(demande en cours)
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)
La discrimination des faux transits
Binaires à éclipses
rasantes
naines M
Suivi par vitesse radiale des candidats
Avec l’instrument HARPS
•Elimination des faux candidats
•Caractérisation masse - rayon des
détections
systèmes triples
Planning
DESCRIPTION DES PRINCIPALES
TACHES
Définition de l’informatique de commande et de
lecture de la caméra
Commande de la CCD SBIG STL 11000
Définition de la Chaîne de traitement des
Données, adaptation à partir de BEST
Etude de l’implantation logistique au Dôme C en
liaison avec CONCORDIASTRO
Etude de la meilleure solution technologique
pour une campagne de détection massive
Test du télescope similaire non « antarctisé » mis
à notre disposition par OPTIQUE ET VISION
Simulation et sélection de champs pour A STEP
Etude de la gestion des fausses détections
Commande de la monture Astrophysics 1200
Réalisation du tube du télescope
Réalisation des miroirs et pièces secondaires
Qualification des éléments à basse température
Assemblage et test du télescope
Installation au Dôme C
Première campagne de qualification
photométrique du site et de recherche de transits
Récupération des données et analyse des signaux
2005
X
X
2006
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
2007
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Perspectives
•
A STEP est un projet au potentiel élevé
•
Contexte du projet
•
La nécessité de réaliser A STEP rapidement
•
Vos contributions sont bienvenues !
– 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
– Requis pour des programmes de transits futurs.
– Sujet d’une demande à l’INSU et au PNP
– Le seul programme de détection de transits français en dehors de COROT
– Maîtrise d’œuvre de l’OCA et collaborations européennes
– Le Dôme C est reconnu par la communauté comme étant potentiellement le
meilleur site au monde pour la détection photométrique.
– La compétition pour la recherche de transits est intense.
– Nous avons l’opportunité d’utiliser l’expérience acquise sur COROT, BEST, OGLE