Photometric monitoring is a widely used method for characterizing stars with variable brightness, such as active stars, young accreting stars, and stars with transiting exoplanets. Space telescopes are ideal tools to carry out continuous observations of these variable stars since they avoid the drawbacks of ground-based observations, i.e. day/night alternation and atmospheric variations (stochastic weather, turbulence). We propose to build an infrared CubeSat-type space photometer working in parallel with SPIRou and SPIP, which are ground-based infrared spectropolarimeters & velocimeters operated as new generation instruments for the Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT, Maunakea observatory, Hawaii) and Télescope Bernard Lyot (TBL, Pic du Midi, France) respectively. SPIRou is already installed at CFHT whereas the construction of SPIP has just begun, for a commissioning on the telescope in 2021.
The SPIRou / SPIP Legacy Survey is a Large observing program initiated with SPIRou at CFHT, to be extended later-on with SPIP at TBL. It is mostly aimed at detecting & characterizing Earth-like planets in the habitable zone of low-mass stars and at investigating how magnetic fields impact star/planet formation. With a SPIRou / SPIP CubeSat, stars monitored and exoplanets detected with SPIRou / SPIP would benefit from a simultaneous photometric follow-up. As SPIRou and SPIP, the CubeSat will observe at near-infrared wavelengths, where the target stars (nearby M dwarfs and young forming stars) emit most of their light. Combining spectroscopy and photometry enables one to measure both the masses and radii of exoplanets, thus constraining their bulk densities and thereby providing information on their internal structures for distinguishing between, e.g., telluric and gaseous planets. Moreover, Doppler shifts measured by SPIRou and SPIP can be polluted by stellar magnetic activity whose contribution can exceed the velocimetric signatures of exoplanets. Light curves from the SPIRou / SPIP CubeSat will improve the reliability of exoplanet detection and characterization by recording the photometric imprint of stellar activity, leading to a better filtering of this effect. The SPIRou / SPIP CubeSat will also monitor the activity of a sample of young forming stars and catch transits from the close-in giant planets they may host.
The goal of the SPIRou / SPIP CubeSat will be to achieve continuous (duty cycle in excess of 90%) photometric monitoring in the YJH bands (1 – 1.8 μm) for stars up to an H magnitude of ~11, at a precision better than 1 mmag for up to 10 min exposure times, over continuous periods of up to 3 months and simultaneously with SPIRou and SPIP observations. Continuous observations in the antisolar direction impose to use a heliosynchronous orbit. An optional strategy is to alternate between up to three fields of view on a timescale of ~1 hr in order to maximize the probability of detecting planetary transits.
The CubeSat can either host a single or twin camera (each unit occupying 1x1x3U) with improved performances in the second case; this requires the payload to be integrated on a 6U or 12U platform depending on the option. Each telescope unit features an 8.5cm objective with 5 optical lenses and a Short-Wave InfraRed (SWIR) type detector, working in the 0.9 – 1.8 μm wavelength range.

Le suivi photométrique est une méthode largement utilisée pour caractériser les étoiles de luminosité variable tel que les jeunes étoiles actives et les étoiles autour desquelles transitent des exoplanètes.
Les télescopes spatiaux se présentent comme des outils parfaits pour observer de façon continu ce type d’étoiles car ils permettent de s’affranchir des inconvénients des observations sol comme l’alternance jours/nuits et les perturbations atmosphériques (turbulence et temps incertain).
Dans ce contexte, nous proposons de réaliser le CubeSat MARSU (Millimag Astrophotometry of Red SPIRou/SPIP stars as a University space mission) qui consiste en un nanosatellite photométrique dans le proche infrarouge qui travaillera en parallèle avec SPIRou et SPIP, deux spectropolarimètres sol de nouvelle génération basés respectivement au Télescope Canada France Hawaii (TCFH, Hawaii) et au Télescope Bernard Lyot (TBL, Pic du Midi, France). SPIRou est actuellement en opération au TCFH (www.spirou.irap.omp.eu) tandis que SPIP (son jumeau) sera installé au TBL à partir de 2021.
Le programme d’observation commun SPIRou/SPIP est un projet initié avec SPIRou au TCFH et sera étendu avec SPIP au TBL. Les missions principales de ce programme sont de détecter et caractériser des planètes jumelles de la Terre, habitables, autour d’étoiles naines rouges, ainsi que l’étude de la naissance des étoiles et des planètes.
Avec le CubeSat MARSU, les étoiles suivies et les exoplanètes détectées par SPIRou/SPIP bénéficieront d’un suivi photométrique en simultanée.
A l’instar de SPIRou et SPIP, MARSU observera dans le proche infrarouge, un domaine spectral où les étoiles ciblées (naines rouges et jeunes étoile en formation) émettent le plus de lumière.
En combinant la spectroscopie et la photométrie, on pourra mesurer les masses et les rayons des exoplanètes, donc en déduire leurs masses volumiques et ainsi avoir des informations sur leurs structures internes afin de distinguer, par exemple, les planètes gazeuses et celles telluriques.
De plus, l’effet Doppler observé par SPIRou et SPIP peut être pollué par l’activité magnétique stellaire dont la contribution peut dépasser les signatures vélocimétriques des exoplanètes. Par son suivi photométrique, MARSU permet d’enregistrer l’empreinte photométrique de l’activité stellaire, menant à un meilleur filtrage de cet effet et donc à une amélioration de la fiabilité de détection et de caractérisation des exoplanètes.

L’objectif de MARSU sera de réaliser un suivi photométrique continu (90% du temps en observation) dans les bandes spectrales YJH (1-1.8µm) pour des étoiles allant jusqu’à la magnitude H~11, avec une précision meilleure que 1 mmag pour des temps d’exposition < 10 minutes, sur des périodes maximales de 3 mois et en simultanée des observations SPIRou et SPIP.
Techniquement, MARSU disposera d’une caméra se composant d’un objectif de 8.5 cm (constitué de 5 lentilles) et d’un détecteur proche infrarouge (SWIR) travaillant dans le domaine spectral 0.9 – 1.8 µm. MARSU se garde la possibilité d’accueillir une ou deux caméras (chaque caméra occupant 1x1x3U) avec des performances améliorées dans le second cas; cela requiert que la charge utile soit intégrée sur une plateforme 6U ou 12U suivant l’option choisie.

Pour conclure, le CubeSat MARSU propose non seulement un objectif scientifique ambitieux (en terme de taille d’échantillon couvert), mais aussi une innovation technologique (avec des observations infrarouges, une première pour l’étude spatiale des transits photométriques).