Soutenance de thèse de Jamila Chouqar:

Titre: Detectability and Characterization of Exo-atmospheres with James Webb Space Telescope

Abstract:
La découverte de milliers d’exoplanètes jusqu’à ce jour, nous fait entrer dorénavant dans l’ère de la caractérisation approfondie de ces mondes. Jusqu’à présent les observations ont montré une grande diversité d’exoplanètes, depuis la découverte des Jupiters chauds jusqu’aux planètes dites super-terrestres et mini-Neptune qui n’ont pas d’égal dans notre système solaire, et donc une grande variété dans les propriétés physiques de ces planètes extrasolaires. D’énormes progrès dans la compréhension et la différenciation des propriétés physiques des exoplanètes ont été réalisés. Parmi ces aspects, l’atmosphère s’est avérée être la caractéristique la plus intéressante. Caractériser les atmosphères exoplanétaires est essentiel pour révéler les origines, la nature et même l’habitabilité de ces mondes lointains. Par conséquent, la production de modèles atmosphériques développés pour une gamme d’atmosphères d’exoplanètes est importante non seulement pour interpréter leurs observations, mais aussi pour comprendre les nombreux processus physiques et chimiques qui façonnent ces exo-mondes. Comprendre les informations cachées dans les caractéristiques atmosphériques observables dans les exoplanètes, en particulier les exoplanètes Super-Terre et sous-Neptune, est l’un de mes principaux intérêts. Ces planètes sont des cibles pour les observations spatiales et terrestres existantes et à venir. Caractériser ces exoplanètes en modélisant leurs atmosphères nous permet d’explorer différents types d’atmosphères que ces planètes pourraient former ou posséder, en fonction de la structure thermique atmosphérique, de la chimie atmosphérique, des nuages et de nombreux autres facteurs. De plus, il fournit un outil pour identifier diverses signatures observationnelles qui peuvent être utilisées pour caractériser et restreindre les caractéristiques de ces atmosphères. Par conséquent, dans cette thèse, nous explorons ces atmosphères d’exoplanètes à l’aide de modèles d’équilibre radiatif-convectif 1D. Nous produisons des modèles atmosphériques pour différentes compositions d’abondances élémentaires telles que Titan et Vénus, etc. À l’aide d’un schéma de cinétique chimique, nous simulons des processus physiques hors équilibre tels que le mélange vertical et la photochimie, qui jouent un rôle important dans la gouvernance des abondances chimiques des planètes – mini-Neptune, super-Terre et Terre– froides, où l’hypothèse d’une équilibre chimique, peut devenir très imprécis. Nous étudions l’impact théorique de divers rapports C/O élémentaires dans nos modèles atmosphériques et montrons qu’il entraı̂ne des changements importants dans les profils de rapport de mélange des espèces atmosphériques et, par conséquent, sur les spectres atmosphériques. Nous démontrons également l’application de nos modèles en conjonction avec le simulateur JWST PandExo, en tant qu’outil prédictif pour planifier les observations futures. Le lancement du JWST permettra de sonder les atmosphères des exoplanètes à des longueurs d’onde de 0.6 à 28 μm, permettant de couvrir les régions où la plupart des molécules ont de fortes bandes de vibration-rotation. Dans les années à venir, la caractérisation atmosphérique de ces petites exoplanètes deviendra de plus en plus précise, à mesure que nos connaissances et techniques d’analyse se développeront et que les nouvelles générations de télescopes spatiaux et au sol arriveront.

ملخص الرسالة
حتى يومنا هذا تم اكتشاف عدد هائل من الكواكب الخارجية، الآلاف منها، مما قادنا إلي الدخول في عصر التوصيف المتعمق لهذه العوالم. عمليات رصد هذه الكواكب قد أظهرت تنوعا كبيرا في الكواكب المكتشفة، بدءا من اكتشاف كواكب المشتري الساخنة وصوال إلى ما يسمى بكوكب الأرض العمالقة وكوكب نبتون القزم . التي لا مثيل لها في نظامنا الشمسي، مما أظهر تنوعا كبيرا في خصائصها الفيزيائية ٹم إحراز تقدم كبير في فهم وتمييز الخصائص الفيزيائية لهذه الكواكب الخارجية. ومن بين هذه المميزات فقد تبين أن الغلاف الجوي هو الميزة الأكثر إثارة للاهتمام. توصيف الأغلفة الجوية لهذه الكواكب هو أمر في غاية الأهمية للكشف عن أصول وطبيعة هذه العوالم البعيدة، بل وحتى قابليتها لإستضافة أي شكل من أشكال الحياة. لذلك فإن إنتاج نماذج أغلفة جوية متطورة يعد مهما ليس فقط لتفسير بيانات الرصد الخاصة بهم و لكن أيضا لفهم العديد من العمليات الفيزيائية و الكيميائية التي تشكل هذه العوالم الخارجية. إن فهم المعلومات المخفية في سمات الغلاف الجوي التي يمكن ملاحظتها في الكواكب الخارجية, خاصة كواكب الأرض العمالقة و نبتون القزم هو أحد أهداف أطروحتي الرئيسية. فهذه الكواكب تعتبر أهدافا لعمليات الرصد الفضائية والأرضية, الحالية منها والمستقبلية. يتيح لنا توصيف هذه الكواكب الخارجية من خلال نمذجة غلافها الجوي استكشاف أنواع مختلفة من الأغلفة الجوية التي قد تشكلها أو تمتلكها هذه الكواكب، وذلك بناء على البنية الحرارية للغلاف الجوي، كيمياء الغلاف الجوي، وجود أو غياب السحب، والعديد من العوامل الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يوفر أداة لتحديد مختلف الميزات الملحوظة، والتي يمكن استخدامها لتوصيف وتقييد خصائص هذه الأجواء. لذلك، في هذه الأطروحة، فإننا نقوم باستكشاف هذه الأغلفة الجوية باستخدام نماذج أحادية البعد للتوازن الإشعاعي بالحمل الحراري. نقوم بإنتاج نماذج جوية لتركيبات ذي وفرات اولية مختلفة مثل تلك التي يمتلكها تيتان, الزهرة, الخ. باستخدام مخطط الحركية الكيميائية، نقوم بنمذجة العمليات الفيزيائية الخارجة عن التوازن مثل الخلط العمودي والكيمياء الضوئية، والتي تلعب دورا مهما في إدارة الوفرة الكيميائية في الكواكب الباردة والأصغر حجما والتي يمكن ان يصبح فيها افتراض التوازن الكيميائي غير دقيق للغاية. نقوم كذلك بدراسة التأثير النظري في نماذج الغلاف الجوي، ونبين أنها تؤدي إلى تغييرات O/C لمجموعة من النسب األولية المختلفة من مهمة في نسب وفرة المكونات الكيميائية لهذا الغلاف، وبالتالي في أطيافها. بالإضافة الى ذلك, نقوم على رصد مختلف الأغلفة الجوية بما في ذلك (JWST (بدراسة قدرة التلسكوب الفضائي جيمس ويب باستكشاف الغلاف JWST سيسمح . "PandExo " مكوناتها الكيميائية, وذلك باعتماد برنامج المحاكاة الجوي للكواكب الخارجية على مستوى الأشعة تحت الحمراء، من 6.0 إلى 28 ميكرومتر، مما سيسمح بتغطية المناطق التي تعرض فيها معظم الجزيئات أنماط اهتزاز ودوران قوية. في السنوات القادمة سيصبح توصيف الغلاف الجوي للكواكب الخارجية الصغيرة أكثر دقة، مع تطور معرفتنا وتقنياتها التحليلية ومع وصول أجيال جديدة من التلسكوبات الفضائية والأرضية