Thèse Explorer les Petits Corps du Système Solaire avec l'Elt pour en Comprendre les Débuts. H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : PHYS - Physique Laboratoire de recherche : Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble Direction de la thèse : Sylvain DOUTE ORCID 0000000331305336 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59 Le projet POPPYSEED concerne les astéroïdes, objets transneptuniens (TNOs) et Centaures qui sont de petits objets planétaires primitifs témoignant donc des conditions de formation et d'évolution du Système Solaire. De ce point de vue l'étude de leurs propriétés physiques (taille, forme, rotation, densité, masse, structure interne), alliée à la composition de leur surface et à leurs propriétés dynamiques, est déterminante pour élaborer et tester des hypothèses. En particulier les objets transneptuniens forment les restes originaux de la partie externe du disque proto-solaire. Ces objets ont pu apporter, par interaction orbitale avec les planètes géantes en migration, des espèces volatiles sur les planètes plus internes comme la Terre conditionnant leur évolution et leur habitabilité. ll y a donc un lien fort entre l'étude de ces petits corps et la formation et l'évolution des planètes ainsi qu'avec l'étude du disque proto-solaire.
En 2029 le Télescope Européen Extrêmement Grand (ELT) de l'ESO recevra sa première lumière. Il offrira une résolution spatiale et une sensibilité extrêmes exploitées par une instrumentation versatile pour réaliser des observations inédites d'objets variés, des premières grandes structures de l'Univers jusqu'aux corps du Système Solaire. En particulier la caméra MICADO offrira dans le proche infrarouge (0.8 - 2.4 m) des fonctions tout à fait exceptionnelles d'imagerie, d'astrométrie, de spectroscopie à fente et de haut contraste par coronographie. Cela permettra une étude approfondie des planètes naines rocheuses et glacées notamment par l'obtention d'une cartographie de leur composition de surface. Les propriétés physiques d'une centaine d'astéroïdes et d'une vingtaine de TNO devraient être contraintes par imagerie et astrométrie. Un peu plus tard le spectromètre intégral de champ HARMONI (1.4-2.5 microns) sera l'instrument clé pour conforter et augmenter les résultats spectroscopiques de MICADO. Ces observations inédites MICADO ou HARMONI seront rendues possible grâce au système d'optique adaptative MORFEO qui corrigera les effets de la turbulence atmosphérique sur une large portion du ciel indépendamment de la magnitude apparente et du mouvement propre de nos cibles.
L'IPAG est impliqué dans le développement des instruments sus-cités du point de vue conceptuel, technique ou scientifique. Une préparation scientifique méticuleuse est rendue nécessaire par les modalités inédites d'observation de l'ELT liées à sa taille et à sa complexité. Nous poursuivrons trois objectifs principaux :
(i) la définition des stratégies d'acquisition pour les images et les spectres,
(ii) l'exploitation de mesures de laboratoire ainsi que de données issues des moyens sols (VLT, Keck, CFHT, etc.) ou spatiaux (mission New Horizons de la NASA) afin de contraindre la préparation et faire progresser la science dès à présent,
(iii) la simulation et l'analyse d'images et de spectres synthétiques MICADO/MORFEO et HARMONI pour une série de cas scientifiques représentatifs. Il s'agit aussi de développer les méthodes d'analyse appropriées à ces nouvelles données et de déterminer les performances des instruments pour nos cas scientifiques.
Cette thèse sera pleinement inscrite dans cette préparation mais aussi dans l'analyse de données déjà acquises ou à obtenir dans les 3 ans avec des moyens d'observation actuels pour faire avancer la science des petits corps du Système Solaire.
Le Télescope Européen Extrêmement Grand (ELT, Ramsay et al. 2021, ESO Messenger, 182) qui verra sa première lumière en 2028 jouera un rôle déterminant pour l'étude du système solaire et de ses origines. Il offrira une résolution spatiale et une sensibilité extrême, servant une instrumentation versatile pour des observations inédites des astéroïdes, objets transneptuniens et Centaures. Ce sont les corps planétaires les plus primitifs du Système Solaire qui témoignent donc des conditions de sa formation et de son évolution depuis l'accrétion des premiers planétésimaux. De ce point de vue l'étude de leurs propriétés physiques (taille, forme, rotation, densité, masse, structure interne) est déterminante pour élaborer des scénarii et répondre aux questions qui restent ouvertes :
- Quelle est la diversité de taille, de forme, de densité parmi les gros astéroïdes et TNOs?
- Quelle est leur densité apparente et y a-t-il une relation avec leur composition de surface ?
- Quels mécanismes affectent la forme et la structure interne de ces corps ((ré)accrétion, chauffage, différentiation, fracturation par les
impacts) ?
- Comment évoluent leurs surfaces sous l'effet de facteurs endogènes et exogènes (altération par les rayonnements et particules de l'espace, collisions, etc.) ?
- Quelles conditions physiques entraînent la formation de compagnons ou d'anneaux autour d'un astéroïde ou objet de Kuiper ?
- Quel niveau d'activité lié aux matériaux volatiles a prévalu tout au long de l'histoire de ces corps ?
Les observations de l'ELT en synergie avec celles du JWST et d'autres infrastructures d'observation mises en service dans la décennie permettront de répondre à certaines de ces questions et mettre en perspective l'histoire du Système Solaire dans le contexte plus général de la formation des exoplanètes.