High contrast differential image processing for the detection of extrasolar planets
Traitement d'images différentielles à haut contraste pour la détection de planètes extrasolaires
Résumé
This thesis is dedicated to the ground-based exoplanet detection and it has been developed in the context of the SPHERE project of ESO; the installation of this instrument is planned for 2011 on the VLT. To directly deleted exoplanets, SPHERE will combine an extreme adaptive optics System, a coronagraph and imagery at two or more wavelengths. To distinguish between the planet signal and the speckles due to the aberrations, we need to elaborate a sophisticated method of data processing which exploits also the temporal information. I developed a method, called ANDROMEDA, which allows to detect exoplanets and to estimate their flux. It uses image differences which aim at eliminating the effects of unknown quasi-static aberrations and of the variability of the quality oi adaptive optics correction. The algorithm couples images taken at different instants which present a field rotation between them, and possibly images taken at two different wavelengths. I showed that ANDROMEDA meets the requirements of SPHERE for the detections of planets at a contrast o 106 at a separation of 0. 5" from the star, and it can even do better, reaching a separation of 0. 2" for the same contrast. Then I carried out a parametric study of the method to analyze the robustness of the flux estimation towards different sources of error. Finally, I tested ANDROMEDA on experimental data provided by the NACO instrument; this analysis allowed us to understand how to deal with typical problems posed by data reduction and instrumental artifacts.
Cette thèse est consacrée à la problématique de la détection des exoplanètes depuis le sol et s'insère dans le cadre du projet SPHERE de PESO ; l'installation de cet instrument est prévue en 2011 sur le VLT. Pour la détection directe des exoplanètes, SPHERE combinera un système d'optique adaptative extrême, un coronographe et l'imagerie à deux ou plusieurs longueurs d'onde. Pour distinguer entre le signal de la planète et les "speckles" dues aux aberrations, il faut élaborer une méthode sophistiquée de traitement d'images qui exploite aussi l'information temporelle. J'ai donc développé une méthode, appelée ANDROMEDA, qui permet de détecter les exoplanètes et d'estimer leur flux. Elle utilise des différences d'images qui ont pour but d'éliminer l'impact des aberrations quasi-statiques inconnues et de la variabilité de la qualité de correction de l'optique adaptative. L'algorithme couple des images prises à des instants différents qui présentent une rotation de champ entre elles, et éventuellement des images prises à différentes longueurs d'onde. J'ai démontré qu'ANDROMEDA répond aux spécifications de SPHERE pour la détection de planètes à un contraste de 106 à une séparation de 0,5" de l'étoile, et elle peut faire encore mieux, en atteignant une séparation de 0,2" pour le même contraste. J'ai ensuite effectué une étude paramétrique pour analyser la robustesse de l'estimation du flux face à différentes sources d'erreurs. Enfin, j'ai testé ANDROMEDA sur de; données expérimentales fournies par l'instrument NACO ; cette analyse a permis de comprendre comment faire face aux problèmes typiquement posés par la réduction des images et la gestion des artefacts instrumentaux.