Le cas des Naines M SPIRou : un instrument Vr …17 Le cas des Naines M SPIRou : un instrument VR pour les naines M Simulations pour estimer le nombre de planètes que peut détecter

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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


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


Facteur de qualité spectral: calculé avec des spectres synthétiques, contrôlé avec des spectres UVES (VLT)

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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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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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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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- 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 : 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


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)



Facteur de qualité spectral: calculé avec des spectres synthétiques, contrôlé avec des spectres UVES (VLT)

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Quality factor : computed with synthetic spectrum, controled with UVES (VLT) spectrum (Artigau)


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)


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Le cas des Naines M

SPIRou : l'instrument

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Le cas des Naines M


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Le cas des Naines M


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Le cas des Naines M


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Le cas des Naines M


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1m/s accuracy achieved for SN=160... with some another requirements

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Fibre octogonale pour un brouillage efficace du champs proche.

Calibration simultanée lampe (Th Ar ou U Ne) + FP

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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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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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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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pour les naines MSimulations en cours pour estimer le nombre de planètes que peut détecter SPIRou

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pour les naines MPossible de détecter des planètes K<1m/s même avec des précisions de 1m/s

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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

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