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Le cas des Naines M
SPIRou : un instrument Vr dans l'IR&
Cibles pour CHEOPS
Xavier Delfosse (IPAG)Jean-François Donati (IRAP)
Etienne Artigau (Montréal)Xavier Bonfils (IPAG)
René Doyon (Montréal)and SPIRou team
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Le cas des Naines M
Demory et al. 2009
M dwarfs
Les naines M
Profondeur de l'éclipse : (Rplanet
/Rétoile
)2
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Le cas des Naines MZone habitable :
Plus proche de l'étoile
1./ plus aisée à détecter par Vr
2./ plus grand probabilitéde transit
Définition : possibilité d'eau liquide à la surface (0.5- 10 MT)
Les naines M
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Le cas des Naines MZone habitable
Probabilité de transit augmentée à Teq
égale.
Les naines M
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Le cas des Naines MPopulation de planètes autour des naines M :
Bonfils, Delfosse et al, 2013
<1% <1% <1% <1%
<1% <1%2%+3
-14%+5
-1
3%+4
-1<2% <4% <12%
36%+24
-1052%+50
-16? ?
Planètes géantes (M > 50 MTERRE
)
P < 3400 j
Naines M : 6+6
-2 %
Naines FGK : 14+2
-2 % (Mayor et al. 2011)
Super-terres (2-10 MTERRE
)
P < 100 j
Naines M : 88+55
-19 %
Naines FGK : 48+8
-8 % (Mayor et al. 2011)
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Le cas des Naines MLes transits
3 transits de « Neptune » autour de M brillantes
GJ 3470 (Bonfils et al, 2012) (HARPS + TRAPPIST)GJ1214 (Charbonneau et al. 2009) (MEARTH + HARPS)Gl436 (Butler et al 2004 + Gillon et al. 2008) (Keck + OFXB)
Bonfils et al, 2012
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Le cas des Naines M
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Le cas des Naines MSPIRou
Spectropolarimètre proche infrarouge
● Nouvelle génération d'instrument CFHT (2016)
● Capacité de ESPADON et HARPS dans l'infrarouge
● R ~ 75 000
● Couverture spectrale : 0.98 – 2.35 μm
● Stabilité vitesse radiale : 1m/s
● Deux points clefs du science case : champs magnétique des étoiles jeunes et exo-terre autour des naines M.
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SPIRou : un instrument VRpour les naines M
Pour obtenir un haut rapport signal à bruit pour les naines M
→ Observer dans le proche IR
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
Quality factor : computed with synthetic spectrum, controled with UVES (VLT) spectrum (Artigau)
1m/s accuracy achieved for SN=160
5min for H=7.6
10 min for H=8.4
30 min for H=9.5
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Le cas des Naines M
1m/s accuracy achieved for SN=160
5min for H=7.6 (~400 M0-M4)
10 min for H=8.4 (~600 M0-M4)
30 min for H=9.5 (~2000 M0-M4)
From Lepine et al. 2005 catalog
SPIRou : un instrument VRpour les naines M
Facteur de qualité spectral: calculé avec des spectres synthétiques, contrôlé avec des spectres UVES (VLT)
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
1m/s accuracy achieved for SN=160 in Texp<10min for ~1200 M-dwarfs...
With HARPS : 1.2-1.4 m/s photon noise for the ~30 brightest early M-dwarfs for Tex=15'.
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
Thèse N.Cabrera (CHARA+IPAG, direction : R.White + X.Delfosse)
Jitter from spot ar less important in near-IR than in optical due to less important contrast between spot and photosphere
Jitter Vr : ~5 fois moins important en IR qu'enVisible....
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
Thèse N.Cabrera (CHARA+IPAG, direction : R.White + X.Delfosse)
Jitter from spot ar less important in near-IR than in optical due to less important contrast between spot and photosphere
Jitter Vr : ~5 fois moins important en IR qu'enVisible....
Asterosismologie : les pulsations des naines MNe sont pas une limitation pour Vr ~1m/s ;Pas de contraintes de Texp pour les moyenner
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Le cas des Naines MSPIRou : un instrument VR
pour les naines MSimulations pour estimer le nombre de planètes que peut détecter SPIRou
●Simulation de courbes Vr●Dates des mesures aléatoires●Ajout de bruit blanc●Recherche du signal par periodogramme●Calcul FAP via bootsrap●Détecté sur FAP < 1 %
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Le cas des Naines MSPIRou : un instrument VR
pour les naines MSimulations pour estimer le nombre de planètes que peut détecter SPIRou
- Catalogue des naines M proches, - probabilités météo sur l'année au Mauna-Kea....- distribution P,M des planètes selon Bonfils et al, 2013
Exemple : 60-100 visites par étoiles / dispersion ~1m/s
- 100 planète M < 5MTERRE
- 20 planètes HZ et M < 5MTERRE
- 5 planètes transitant et M < 5MTERRE
- 0.3 planètes transitant, HZ et M < 5M
TERRE
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Le cas des Naines MSPIRou : un instrument VR
pour les naines MSimulations pour estimer le nombre de planètes que peut détecter SPIRou
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Le cas des Naines MSPIRou : calendrier
● 2008 : Retenu sur appel d'offre CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope) ; pour financement d'une étude du concept (phase A)
● Oct 2010 : CoDR (Conceptual Design Review) ; ---> passage en phase B
● Oct 2012 : PDR (Preliminary Desige Review) ; ----> passage en phase C
● Début 2014 : FDR (Final Design Review) + validation plan de financement
● 2014-2015 : Réalisation / Intégration (France et Canada)
● 2016 : Phase de test en France
● 2017 : première lumière à Hawaii (CFHT)
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Le cas des Naines MSPIRou :Soutien de la communauté
Prospective INSU 2009 : SPIRou apparaît comme une solution solide, prometteuse pour le CFHT post-2015, qui servirait très bien les intérêts de la communauté française. Nous proposons de le soutenir en toute première priorité dans la catégorie des investissements de 1 à 5 M€
Soutien PNP / PNPS 2013 : For all these reasons, the National Program for Planetary Science (PNP) and National Program for Stellar Physics (PNPS) fully confirm the prior conclusion (2009 CNRS prospective in Astronomy & Astrophysics) that SPIRou is the highest priority medium-size mid-term ground-based project, and encourage all agencies supporting the CFHT as well as all potential funding partners external to CFHT to finance the realization of SPIRou as a main, new-generation instrument of the telescope.
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Le cas des Naines MSPIRou :
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Le cas des Naines M
1m/s accuracy achieved for SN=160
5min for H=7.6 (~400 M0-M4)
10 min for H=8.4 (~600 M0-M4)
30 min for H=9.5 (~2000 M0-M4)
From Lepine et al. 2005 catalog
SPIRou : un instrument VRpour les naines M
Facteur de qualité spectral: calculé avec des spectres synthétiques, contrôlé avec des spectres UVES (VLT)
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
Quality factor : computed with synthetic spectrum, controled with UVES (VLT) spectrum (Artigau)
1m/s accuracy achieved for SN=160
5min for H=7.6 (~40 M4.5-M7)
10 min for H=8.4 (~100 M4.5-M7)
30 min for H=9.5 (~500 M4.5-M7)
From Lepine et al. 2005 catalog
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Le cas des Naines M
SPIRou : l'instrument
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Le cas des Naines M
SPIRou : l'instrument
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Le cas des Naines M
SPIRou : l'instrument
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Le cas des Naines M
SPIRou : l'instrument
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Le cas des Naines M
SPIRou : l'instrument
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
1m/s accuracy achieved for SN=160... with some another requirements
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
Fibre octogonale pour un brouillage efficace du champs proche.
Calibration simultanée lampe (Th Ar ou U Ne) + FP
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
1m/s accuracy achieved for SN=160... Stellar jitter : spot
In some case, stellar spot or plage moving from blue shifted to red shifted part of the stellar disk can mimic RV variation due to a planet
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
Spot on M-dwarfs are very stable during life-time of several years (Bonfils et al. 2009, Forveille et al, 2009) and its RV effect could be substracted in numerous case
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SPIRou : high RV accuracy
1m/s accuracy achieved for SN=160... Stellar jitter : convection variation
Plage inhibits the convection (convective blue shift attenuation) and modify RV profile
Such effect is less important for M-dwarfs than For G-K dwarfs (Gomes Da Silva 2012, submitted)
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Le cas des Naines MSPIRou : high RV accuracy
1m/s accuracy achieved for SN=160... Stellar jitter : convection variation
Plage block the convection (convective blue shift attenuation) and modify RV profile
Such effect is less important for M-dwarfs than For G-K dwarfs (Gomes Da Silva 2012)
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Le cas des Naines MSPIRou : un instrument VR
pour les naines MSimulations pour estimer le nombre de planètes que peut détecter SPIRou
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Le cas des Naines MSPIRou : un instrument VR
pour les naines MSimulations pour estimer le nombre de planètes que peut détecter SPIRou
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Le cas des Naines MSPIRou : un instrument VR
pour les naines MSimulations en cours pour estimer le nombre de planètes que peut détecter SPIRou
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Le cas des Naines MSPIRou : un instrument VR
pour les naines MPossible de détecter des planètes K<1m/s même avec des précisions de 1m/s
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Le cas des Naines MSPIRou : un instrument VR
pour les naines M
Simulations en cours pour estimer le nombre de planètes que peut détecter SPIRou
Pour 1m/s de précision; 100 nuits allouées; 100 étoiles
~75% des Super-Terre (2-10 M Terre ) avec P = 1-100j sont retrouvées~40% des Super-Terre dans la zone habitable sont retrouvées
~10 Super-Terre dans la zone habitable découvertes toutes les ~100 nuits allouées.
Après 700-800 nuits d'observations sur ce programme (600-700 étoiles) :
● ~100 Super-Terre dans la zone habitable.
● 2 d'entres elles transiteront...
● Objets beaucoup plus nombreux pour P<15jours.
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Le cas des Naines MRecherche de transitsavec SPIRou
Si PLATO (2013) ou TESS (2012) accepté :
● Besoin absolu d'un instrument Vr pour le suivi Vr des candidats autour des naines M
Si ni PLATO ni TESS accepté :
● SPIRou + suivi photométrique peut découvrir les planètes transitant autour des naines M les plus brillantes.
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Le cas des Naines M