Les sujets de thèses

16 sujets IRFU/DAP

Dernière mise à jour : 08-09-2021


• Astrophysique

• Data intelligence dont Intelligence Artificielle

• Instrumentation

 

Analyse "3x2pt": Corrélations croisées des sondes cosmologiques, et application aux relevés de pointe de l'effet de lentille gravitationnelle faible et l'agglomération des galaxies

SL-DRF-21-0278

Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Valeria Pettorino

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Directeur de thèse :

Valeria Pettorino
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS


Page perso : http://www.cosmostat.org/jobs/mk_3x2pt_2020

Labo : http://www.cosmostat.org/

Les grandes expériences cosmologiques comme les télescopes Euclid et Nancy Grace Roman, ou le relevé du sol LSST, utiliseront deux sondes principales avec le but de mesurer les propriétés de la matière noire et l'énergie sombe : L'effet de lentille gravitationnelle faible, ce qui est la déformation des images de galaxies lointaines par les champs de marée de la matière aux très grandes échelles, et l'agglomération des galaxies, ce qui désigne la redistribution des galaxies dans la toile cosmique de matière noire.



Cette thèse explorera la corrélation croisée entre ces deux sondes, ce qui est d'une grande importance comme elles sont sensitives aux même structures ce qui les lie. Ce travail sera appliqué aux données des relevés UNIONS et DESI. L'étudiant se formera à l'interface entre la théorie et les observations, et fournira des outils clés pour les grands relevés prochains.
Cartographier la matière noire revelé par son effet de lentille gravitationnelle faible pour étudier la cosmologie et les ondes gravitationnelles

SL-DRF-21-0350

Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Directeur de thèse :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

21753

Page perso : http://www.cosmostat.org/jobs/mk_wlcosmogw_2020

Labo : http://www.cosmostat.org

L'effet de lentille gravitationnelle faible désigne les distortions d'image des galaxies dues aux structures à grande échelle. Les cartes de matière noire mesuré à l'aide de l'effet de lentille gravitationnelle faible nous permet d'élucidir le mystère de l'accélération récente de l'Univers. En plus, elles sont importantes pour les études des ondes gravitationnelles (OG), qui peuvent être magnifié par la matière noire au long de la ligne de visée.



Cette thèse développera des méthodes d'analyse des données de l'effet de lentille gravitationnelle. Des techniques de l'apprentissage automatique seront utilisées calibrer les mesures. Ces méthodes seront appliquées aux données du relevé UNIONS (Ultraviolet Near-Infrared Optical Northen Sky Survey) et le télescope WFST (Wide-Field Survey Telescope) qui sera construit en Chine, pour le but de mesurer des propriété de l'énergie sombre, et de corriger la magnification des signaux OG.
Tomographie de l’énergie sombre avec le satellite Euclid

SL-DRF-21-0206

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Valeria Pettorino

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Valeria Pettorino
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS


Directeur de thèse :

Valeria Pettorino
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS


Page perso : https://www.valeriapettorino.com/

Labo : http://www.cosmostat.org/

Alors que l’Univers est en expansion, à une vitesse croissante, la question de savoir ce qui cause l’accélération cosmique n’est pas encore résolue. L’accélération semble agir contre l’attraction gravitationnelle, comme si une nouvelle source d’énergie, l’énergie sombre, en était responsable.

Cette proposition de doctorat est destinée à contribuer à la mission spatiale Euclid de l’ESA, qui sera lancé en 2022, observera comment les galaxies se sont formées pour dévoiler la nature de l’énergie noire et de la matière noire.

Le projet va effectuer une `` tomographie de l’énergie sombre ’’, qui permettra de contribuer à la mission spatiale Euclid et à la taskforce qui va comparer les prévisions de la théorie avec les données.

Le doctorant pourra travailler à l’interface entre les données et la théorie et collaborer concrètement à une grande collaboration comme le satellite Euclid. Les objectifs comprennent 1) étendre le logiciel de vraisemblance pour tester l’énergie sombre à différentes époques 2) contribuer à l’effort de collaboration sur la comparaison des prévisions théoriques avec les simulations en prévision des données 3) étudier différentes méthodes d’apprentissage automatique pour reconstruire la contribution de l’énergie sombre à chaque époque.

CHAMP MAGNETIQUE ET FORMATION D'ETOILES LE LONG DES FILAMENTS MOLECULAIRES : OBSERVATIONS DU PROGRAMME "B-FUN" AVEC NIKA2-POL ET PREPARATION DU POLARIMÈTRE SPATIAL B-BOP

SL-DRF-21-0871

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire d’études de la formation des étoiles et du milieu interstellaire

Saclay

Contact :

Philippe ANDRÉ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Philippe ANDRÉ
CEA - DRF/IRFU/DAp/LFEMI

0169089265

Directeur de thèse :

Philippe ANDRÉ
CEA - DRF/IRFU/DAp/LFEMI

0169089265

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3627

Voir aussi : https://ipag.osug.fr/nika2//Welcome.html

Les résultats obtenus dans le domaine submillimétrique sur les nuages moléculaires proches avec les satellites Herschel et Planck ont révolutionné notre compréhension du lien entre la structure du milieu interstellaire et le processus de formation des étoiles. Ces résultats favorisent un scénario de formation stellaire dans lequel les filaments interstellaires et le champ magnétique jouent un rôle central. En particulier, les images submm obtenues avec l’observatoire spatial Herschel montrent que la majorité des cœurs denses pré-stellaires et des proto-étoiles se forment dans des filaments de gaz moléculaire. Les données obtenues avec Planck en émission polarisée des poussières froides suggèrent que la formation et l’évolution de ces filaments moléculaires est en grande partie contrôlée par le champ magnétique. La résolution angulaire des observations Planck n’était cependant pas suffisante pour sonder l’intérieur des filaments et comprendre le rôle du champ magnétique dans la formation des étoiles le long des filaments. Cela devient progressivement possible grâce à la meilleure résolution angulaire de nouveaux imageurs polarimétriques comme SOFIA-HAWC+, NIKA2-Pol et peut-être à terme B-BOP, le polarimètre envisagé pour le 'Millimetron Space Observatory'.

Dans ce contexte, le polarimètre NIKA2-Pol de la nouvelle caméra du télescope de 30m de l’IRAM pour le continuum millimétrique fournit une plateforme de travail de premier choix. La thèse proposée est centrée sur l’exploitation scientifique du grand programme « B-FUN » avec NIKA2-Pol d’imagerie polarimétrique à 1.2 mm d’une dizaine de filaments moléculaires proches formant des étoiles. Elle préparera aussi de futures études sur la même thématique avec un imageur polarimétrique dans l'espace comme B-BOP.

Champ magnétique intergalactique et sursauts gamma avec CTA

SL-DRF-21-0143

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Renaud Belmont

Thierry STOLARCZYK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2021

Contact :

Renaud Belmont
Université de Paris (Paris 7) - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE


Directeur de thèse :

Thierry STOLARCZYK
CEA - DRF/IRFU/DAp/LEPCHE

+33 1 69 08 78 12

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/thierry.stolarczyk/

Labo : http://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=3709

Voir aussi : http://www.cta-observatory.org/

Le champ magnétique intergalactique qui baigne les vides cosmiques est très probablement une relique des premiers instants de l’Univers. Le but de cette thèse est de chercher les signatures de ce champ dans les observations de sursauts gamma à très haute énergie, et notamment de prédire les capacités du futur observatoire CTA à contraindre ses propriétés. Il s’agit d’un travail qui mêle étroitement modélisation théorique et analyse de données simulées de CTA.
Comment les étoiles se forment-elles ’ Le second effondrement et ses conséquences

SL-DRF-21-0661

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de modélisation des plasmas astrophysiques (LMPA)

Saclay

Contact :

Patrick Hennebelle

Matthias GONZALEZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Patrick Hennebelle
CEA - DRF/IRFU/DAp

0169089987

Directeur de thèse :

Matthias GONZALEZ
Université de Paris - DRF/IRFU/DAp/LMPA

33 1 69 08 17 79

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/matthias.gonzalez/

Labo : http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=1250

Les étoiles sont l’élément de base de l’univers et jouent un rôle clé tant pour l’évolution des galaxies à grande échelle que pour la formation et l’évolution des planètes à petite échelle. Bien qu’une connaissance de plus en plus détaillée soit nécessaire pour aborder correctement ces questions, des problèmes importants continuent d’entraver notre compréhension.

En particulier, lorsqu’une étoile se forme, l’énergie gravitationnelle perdue pendant le processus d’effondrement doit être irradiée. Pourtant, seule une petite fraction de cette énergie est actuellement observée, un problème connu sous le nom de problème de luminosité. La compréhension de ce problème est fondamentale pour plusieurs raisons : i) cette phase initiale est importante pour l’évolution stellaire, ii) la quantité d’énergie rayonnée est considérable et pourrait influencer de manière très significative le milieu environnant, iii) pour déterminer comment un disque protoplanétaire se forme autour de l’étoile, il faut comprendre comment le disque et l’étoile sont reliés.

L’objectif de cette thèse est d’étudier ce que l’on appelle le second effondrement, qui est la phase la plus précoce du processus de formation des étoiles. Pour ce faire, des simulations numériques avec le code RAMSES, prenant en compte l’interaction de l’hydrodynamique, du champ magnétique et du rayonnement, seront menées. Les résultats numériques seront ensuite comparés aux observations pour mieux comprendre et contraindre les scénarios de formation des étoiles.
Cosmologie- Amas de galaxies - Intelligence artificielle

SL-DRF-21-0332

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de Cosmologie et d’Evolution des Galaxies (LCEG)

Saclay

Contact :

Marguerite PIERRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Marguerite PIERRE
CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Directeur de thèse :

Marguerite PIERRE
CEA - DRF/IRFU/SAp/LCEG

0169083492

Page perso : https://sci.esa.int/s/WLg9apw

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=972

Voir aussi : Projet XXL : http://irfu.cea.fr/xxl

Les amas de galaxies sont les entités les plus massives de l’univers et, à ce titre, constituent une sonde cosmologique importante.

Le survey XXL est le plus grand projet du satellite européen XMM (rayons X). Il a permis de découvrir plusieurs centaines d’amas jusqu’à des distances correspondant à la moitié de l’âge de l’univers.

Le but de la thèse est de réaliser l’analyse cosmologique de l'échantillon complet d’amas XXL en utilisant des techniques novatrices d’intelligence artificielle.

Etude de Matrices de Bolomètres Polarimétriques à Capacité Spectroscopique pour l’Astrophysique

SL-DRF-21-0652

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LSIS)

Saclay

Contact :

Louis RODRIGUEZ

Vincent REVERET

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Louis RODRIGUEZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

0169086948

Directeur de thèse :

Vincent REVERET
CEA - DSM/IRFU/DAp/LSIS

01 69 08 74 02

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_groupe.php?id_groupe=2755

L’observatoire spatial Herschel, lancé en 2009 a révolutionné notre vision de « l’Univers Froid ». Il a notamment radicalement changé notre compréhension de la formation des étoiles en mettant en évidence l’omniprésence des structures filamentaires de gaz et de poussière, et leur rôle essentiel dans les toutes premières phases de formation stellaire.

D’autre part, les observations du satellite Planck (lancé aussi en 2009) en mode polarimétrique ont permis de mettre en évidence la présence de champs magnétiques sur de grandes échelles dans les nuages moléculaires. Dans ces régions, les filaments évoqués plus haut peuvent être soit parallèles au champ magnétique (filaments peu denses) soit perpendiculaires (filaments très denses). Mais de nombreuses questions demeurent.

Pour comprendre l’ensemble des processus physiques mis en œuvre dans ces zones de formation stellaire et expliquer les liens avec la structure complexe du milieu interstellaire (MIS) environnant, de nouveaux instruments extrêmement sensibles doivent être développés dans le domaine submillimétrique. Il paraît nécessaire d’une part, de pouvoir caractériser finement le champ magnétique (via la détection de la lumière polarisée) dans plusieurs bandes spectrales et d’autre part de détecter la présence de plusieurs traceurs du MIS via l’émission de certaines raies spectrales (C+ à 158 µm notamment). Ces observations, faites depuis l’espace ou à bord de ballons stratosphériques contraignent fortement le volume et la masse de la charge embarquée. L’idée de rassembler une ou plusieurs fonctions d’analyse de la lumière au sein même d’un détecteur compact va dans ce sens.

C’est dans ce contexte que le CEA développe depuis quelques années des matrices de bolomètres submillimétriques ultra-sensibles, capables de mesurer la polarisation au sein des pixels, sans l’aide de polariseurs externes. Développée en collaboration étroite avec le CEA-LETI dans le cadre de l’instrument B-BOP sur l’observatoire SPICA, cette technologie est dans la lignée des développements des détecteurs d’Herschel-PACS. Ces bolomètres sont développés dans le cadre du Labex Focus, de 2 R&T CNES et d’un financement ESA.

En 2019, une thèse soutenue au laboratoire a démontré qu’il était possible d’ajouter la capacité spectroscopique à ces matrices de nouvelle génération, en couplant les matrices de détecteurs à un système interférométrique compact de type Fabry-Perot. La démonstration expérimentale du dispositif complet reste à faire et il s’agit du cœur de ce sujet de thèse : étudier, mettre en œuvre et caractériser expérimentalement les performances scientifiques de ce spectro-imageur-polarimètre compact.

Il s’agira dans un premier temps, de valider expérimentalement en cryostat le système de déplacement des miroirs du Fabry-Perot et d’en déduire ses limitations techniques. La deuxième phase consistera à coupler ce système aux matrices de bolomètres afin de produire et caractériser les premiers prototypes de ce nouveau type de détecteurs. Enfin, dans un troisième partie, l’aspect traitement de données sera étudié afin d’extraire au mieux le signal scientifique et de proposer un étalonnage adéquat.

Ces travaux peuvent également ouvrir la voie vers des retombées plus appliquées en imagerie médicale ou dans le domaine des contrôles de sécurité en bande TeraHertz, comme ce qui est proposé par le LETI avec ses développements de micro-bolomètres à température ambiante.

Interactions multi-physique entre étoiles et atmosphères exoplanétaires

SL-DRF-21-0543

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de dynamique des étoiles des (Exo) planètes et de leur environnement (LDE3)

Saclay

Contact :

Antoine Strugarek

Antonio Garcia Muñoz

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Antoine Strugarek
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

0169083018

Directeur de thèse :

Antonio Garcia Muñoz
CEA - DRF


Labo : http://irfu.cea.fr/dap/LDEE/index.php (http://irfu.cea.fr/dap/LDEE/index.php)

Nous connaissons aujourd’hui plus de 4,000 exoplanètes dans plus de 3,000 systèmes exoplanétaires. La population d’exoplanètes connues montre une grande diversité en termes de masse, rayon (et donc de densité et de composition), et d’architecture orbitale. La communauté de recherche évolue aujourd’hui de la détection des exoplanètes à leur caractérisation, et plus particulièrement à la caractérisation de leur atmosphère. Ce projet de thèse porte sur l’étude numérique des mécanismes physiques (dynamique 3D, photochimie, interactions magnétiques) qui déterminent l’échappement atmosphérique des atmosphères d’exoplanètes fortement irradiées. Le projet a pour but de proposer une interprétation physique --qui manque aujourd’hui-- aux observations en transit (e.g. en Lyman-alpha, C II, H-alpha, He I at 1083 nm) de la haute atmosphère d’exoplanètes chaudes. La priorité sera mise sur le développement de modèles basés sur la physique ab-initio afin de prendre en compte toute la complexité de ces interactions, et de les placer dans le contexte des observations actuellement disponibles. La thèse posera ainsi les jalons du développement d’un nouveau modèle versatile, 3D, multi-physique, avec une ambition internationale pour la recherche sur les interactions étoile-planète.
MODELISATION DE LA FORMATION DES MAGNETARS

SL-DRF-21-0848

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de modélisation des plasmas astrophysiques (LMPA)

Saclay

Contact :

Jérôme Guilet

Thierry FOGLIZZO

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Jérôme Guilet
CEA - DRF/IRFU

06 38 62 46 30

Directeur de thèse :

Thierry FOGLIZZO
CEA - DRF/IRFU/DAP/LMPA

01 69 08 87 20

Les magnétars sont les étoiles à neutrons arborant les plus forts champs magnétiques connus dans l’univers. La naissance de ces objets figure parmi les scénarios les plus étudiés pour expliquer certaines des explosions les plus violentes : les supernovae superlumineuses, les hypernovae et les sursauts gamma. Ils sont de plus à l’origine d’au moins une partie des énigmatiques sursauts radio rapides, comme l’a démontré en 2020 la détection d’un sursaut radio en provenance d’un magnétar galactique. L’exploitation scientifique des données de plus en plus abondantes provenant de ces différents objets nécessite le développement de modèles plus prédictifs. Une des briques encore incomplète concerne la prédiction des caractéristiques du champ magnétique des magnétars et de leur évolution. Récemment, des simulations numériques ont réussi à décrire la formation d’un champ magnétique d’intensité comparable aux magnétars grâce à des mécanismes d’amplification se déroulant dans les premières secondes après la formation de l’étoile à neutrons. La plupart des manifestations observationnelles des magnétars citées plus haut nécessitent cependant que le champ magnétique survive sur des échelles de temps bien plus longues (de quelques semaines pour les supernovae superlumineuses à des milliers d’années pour les répéteurs de gamma mous). Cette thèse se propose de déterminer comment le champ magnétique turbulent généré dans les premières secondes va évoluer pour atteindre un état d’équilibre stable à même d’expliquer ces observations.
Measuring the growth of massive structures in the distant Universe with deep spectroscopic surveys

SL-DRF-21-0166

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de Cosmologie et d’Evolution des Galaxies (LCEG)

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Emanuele DADDI
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG


Directeur de thèse :

Emanuele DADDI
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG


A growing convergence of research lines point to the first massive structures, like groups and clusters, assembling in the distant Universe as rosetta-stone places to try to unveil important unsolved questions in galaxy and structures formation and evolution. This includes understanding the physical processes by which galaxies are fuelled by gas (which allows them to form their stars), by which galaxies change their structures, the role played by galaxy mergers, the feedback with their internal growing black holes, and interactions and the paths through which they eventually stop forming stars.



We propose a PhD project in which the student will participate to this research by working with a large international consortium that is building and will be using the new generation MOONS instrument for the Very Large Telescope in Chile, a giant multi-object spectrograph that will deliver simultaneous observations of 1000 spectra of galaxies selected over large areas. The consortium has been granted 200 observing nights to carry out a large extragalactic survey with many different science aims. The student will be responsible of the selection, observations, data reduction and interpretation of galaxies in the most massive and distant environments probed by the survey. Key science goals will include: 1) the estimate of the evolving number densities of these structures and comparison to theoretic models as a strong constrain to structure formation theory and baryon assembly; 2) the measurement of the statistical modulation of star formation activity in these environments as a test of cold accretion theories; 3) the measurement of the statistical progression of quenching as a function of structure mass and redshift, as a powerful test of quenching mechanisms.



This thesis will potentially provide a solid formation for the student in many aspects of observational cosmology, from observations at one of the best ground-based telescopes to data analysis and interpretation all the way possibly to modeling, based also on the interests of the students and on results.
ORIGINE ET DYNAMIQUE DES AMAS DE PROTO-ETOILES

SL-DRF-21-0870

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire d’études de la formation des étoiles et du milieu interstellaire

Saclay

Contact :

Philippe ANDRÉ

Philippe ANDRE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Philippe ANDRÉ
CEA - DRF/IRFU/DAp/LFEMI

0169089265

Directeur de thèse :

Philippe ANDRE
CEA - DRF/IRFU/DAp/LFEMI

0169089265

Il semble maintenant établi que la grande majorité des étoiles se forment en groupes ou en amas. Il se peut que le Soleil se soit lui-même formé dans un amas. Cependant, les modèles théoriques actuels de formation de proto-étoiles se limitent souvent à la formation d’étoiles individuelles au sein de coeurs denses isolés. Ces modèles n'expliquent pas la distribution en masse des étoiles (i.e., l'« IMF », qui semble quasi-universelle) et ne prennent pas en compte les effets dynamiques (interactions, collisions ...) qui peuvent jouer un rôle critique dans les amas d’étoiles en formation. Pour comprendre l'origine de la masse des étoiles et les conditions dans lesquelles s’est formé notre système Solaire, il est important d’étudier en détail les propriétés des amas de proto-étoiles en cours de formation, notamment leur dynamique, et les effets collectifs dans le processus de formation stellaire, à l’échelle des nuages moléculaires les plus proches qui fournissent de véritables laboratoires.

C'est l'objectif de la thèse proposée qui comprendra quatre volets :

1) L’exploitation sytématique du contenu proto-stellaire de la base de données du relevé de la Ceinture de Gould avec Herschel (HGBS; http://gouldbelt-herschel.cea.fr/archives).

2) L’exploitation de la base de données Gaia pour quantifier la statistique des mouvements propres et donc la dynamique des étoiles jeunes dans les mêmes nuages.

3) L’utilisation d’observations millimétriques complémentaires avec les télescopes de l’IRAM pour étudier la cinématique du gaz et estimer les mouvements relatifs des proto-étoiles et coeurs proto-stellaires.

4) La comparaison des contraintes observationnelles à des simulations numériques.
Vers une caractérisation 3D des vestiges de supernova en rayons X

SL-DRF-21-0318

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie (LEPCHE)

Saclay

Contact :

Fabio Acero

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Fabio Acero
CEA - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE

0169084705

Directeur de thèse :

Fabio Acero
CEA - DRF/IRFU/DAP/LEPCHE

0169084705

Voir aussi : http://github.com/facero/sujets2021

Les données en rayons X obtenues par les satellites en rayons X sont multidimensionnelles par nature. Pour chaque photon la position et l’énergie sont enregistrés. Ce sujet propose de développer de nouvelles méthodes d’analyses multidimensionnelles mêlant apprentissage machine et méthode de séparation de sources. En particulier, nous voulons développer ici un apprentissage pour décomposer les données sur une base de spectres physiques réalistes.

L’objectif scientifique est de pouvoir déconvoluer la structure tri-dimensionelle (x,y,z) et cartographier à petite échelle spatiale les paramètres physiques sous jacents (indice spectral de l’émission synchrotron, densité, température et abondance du gaz chaud) dans les sources étendues telles que les amas de galaxies et les vestiges de supernova. Ces méthodes sont cruciales pour pouvoir pleinement exploiter les données des futures spectro-imageurs en rayons X tels que le X-IFU (satellite Athena en préparation) dans lequel le CEA est fortement impliqué.
Étude de l’émission rémanente des sursauts gamma cosmiques dans les rayons X avec SVOM/MXT

SL-DRF-21-0153

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LISIS)

Saclay

Contact :

Diego GOTZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Diego GOTZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LISIS

+33-1-69-08-59-77

Directeur de thèse :

Diego GOTZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LISIS

+33-1-69-08-59-77

Voir aussi : http://www.svom.fr

SVOM est une mission spatiale dédiée à l’étude des sursauts gamma cosmiques et d’autres sources transitoires et multi-messagers. C’est un projet bilatéral développé entre la France et la Chine et son lancement est prévu en juin 2022.



La charge utile de SVOM est composée d’un ensemble unique d’instruments multi-longueur d’onde, sensibles des rayons gamma jusqu’à la bande visible. Font également partie de la mission SVOM des télescopes robotiques au sol, distribués autour de la Terre pour permettre un suivi rapide des sources détectés par SVOM. La partie embarquée des instruments de SVOM se compose d’ECLAIRs, un télescope à masque codé sensible dans la bande 4-150 keV, du GRM un spectromètre gamma (20 keV – 5 MeV), et de deux télescopes de suivi, VT (sensible à la lumière visible) et MXT (0.2-10 keV) Le Microchannel X-ray Telescope (MXT) est un télescope X compact et son but principal de MXT est de localiser précisément les contreparties X des sursauts de SVOM et d’en étudier en détail les caractéristiques spectrales et temporelles.



Les sursauts gamma cosmiques sont produits soit par le collapse d’une étoile massive (> 50 fois la masse du soleil), soit par la coalescence de deux objets compacts (probablement deux étoiles à neutrons). Dans les deux scenari une émission de courte durée (typiquement < 100 s) est mesurée, suivie sur une échelle de temps plus longue (heures, jours, semaines) d’une émission à des longueurs d’ondes plus grandes (X jusqu’à radio). Cette dernière nous donne des informations sur les processus d’émission à la source, ainsi que sur son environnement et les astres qui l’ont générée (progéniteurs).



L’étudiant.e en thèse va d’abord contribuer à l’analyse des données de calibration de MXT et leur analyse permettra une caractérisation complète des propriétés spectrales et spatiales du télescope. En particulier l’étudiant.e sera responsable de la production de la matrice de réponse spectrale avant le lancement et de sa mise à jour régulière pendant la mission en analysant les données de calibration en vol.



L’étudiant.e fera partie de l’équipe scientifique de MXT et sera appélé.e à participer aux astreintes des "avocats sursauts" pour valider les alertes de SVOM. Son expertise acquise par l’activité de de calibration lui permettra d’analyser, dès le début de la mission, de façon efficace les données de vol dans le un contexte multi-longueur d’onde de SVOM. S’en suivra une analyse phénoménologique claire des rémanences de sursauts de SVOM. La phase initiale de la rémanence en X peut d’ailleurs donner des indications très intéressantes y compris sur la nature des progéniteurs, grâce par exemple à l’étude et l’interprétation des phases dites « de plateau » des courbes de lumière.

Incertitudes pour la reconstruction d'images à grande échelle basée sur l'apprentissage profond

SL-DRF-21-0336

Domaine de recherche : Data intelligence dont Intelligence Artificielle
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jean-Luc STARCK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Jean-Luc STARCK
CEA - DSM/IRFU/SAp/LCS

01 69 08 57 64

Directeur de thèse :

Jean-Luc STARCK
CEA - DSM/IRFU/SAp/LCS

01 69 08 57 64

Page perso : http://jstarck.cosmostat.org

Labo : http://www.cosmostat.org

Le deep learning (DL) a changé la manière de résoudre des problèmes inverses. De nombreux défis scientifiques subsistent qu'il est nécéssaire de relever pour son déploiement en imagerie astronomique: i) la prise en compte du modèle de formation physique, ii) l’estimation des incertitudes sur les images reconstruites, iii) la généralisation, et iv) le volume des données pour le passage à l’échelle. Pour quantifier les incertitudes, nous avons introduit une approche DL probabiliste (Remy et al., 2020), qui permet de dériver la distribution à posteriori de la solution, mais qui nécessite l’utilisation de techniques coûteuses de simulation (MCMC), ce qui ne permet pas son utilisation dans des projets ambitieux comme Euclid ou SKA.

Plusieurs défis seront relevés dans cette thèse:

- Développer une nouvelle méthode DL pour quantifier les incertitudes, tout en jouissant de garanties théoriques de couverture. On s’appuiera sur la régression conforme de quantiles, une nouvelle méthode issue des statistiques théoriques (Romano et al., 2019).

- La généralisation: Nous avons récemment proposé une nouvelle architecture de réseaux de neurones (les learnet, Ramsi et al., 2020), qui a l’avantage d’inclure certaines propriétés de la transformée en ondelettes comme la reconstruction exacte. Ce type d’architecture devrait apporter une solution au problème de généralisation.

- Le passage à l'échelle sur des données de dimension 3 ou 4. Il s’agira alors d’étendre les résultats obtenus pour pouvoir manipuler efficacement ce type de données.

Le dernier challenge de cette thèse sera de mettre en place ces nouveaux outils pour résoudre des problèmes dans deux grands projets internationaux, pour les cartes de matière noire avec Euclid et SKA.



[1] B. Remy, F. Lanusse, Z. Ramzi, J. Liu, N. Jeffrey and J.-L. Starck, "Probabilistic Mapping of Dark Matter by Neural Score Matching", NeurIPS 2019 Machine Learning and the Physical Sciences Workshop.

[2] Y. Romano E. Patterson E. J. Candès, Conformalized quantile regression. Advances in neural information processing systems 32 NeurIPS, 2019.

[3] Z. Ramzi, JL Starck, T Moreau, P Ciuciu, "Wavelets in the deep learning era", European Signal Processing Conference, accepted submission to the EUSIPCO 2020 conference.

Deep Learning et spectroscopie gamma : une nouvelle approche de traitement du signal pour l’analyse de données de détecteurs CdTe

SL-DRF-21-0316

Domaine de recherche : Instrumentation
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LSIS)

Saclay

Contact :

Olivier LIMOUSIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2021

Contact :

Olivier LIMOUSIN
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Directeur de thèse :

Olivier LIMOUSIN
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Cette thèse à l’interface entre l’instrumentation nucléaire et les mathématiques appliquées consiste à développer et mettre en œuvre des méthodes avancées de traitement de données spectrales issues de détecteurs CdTe Caliste pour des photons de hautes énergies. Ces capteurs issues de la recherche fondamentale en astrophysique spatiale, sont la brique de base de la gamma caméra Spid-X née de développements technologiques communs entre le CEA et l’entreprise 3D PLUS. Elle vise à caractériser des environnements radiatifs dans le cadre de la surveillance nucléaire, pour la sûreté d’exploitation nucléaire ou d’installations de recherche, ou encore pour le démantèlement d’installations.

Les méthodes étudiées feront appel à des outils de Deep Learning avec pour objectif d’analyser des spectres gamma acquis dans un environnement complexe induisant des déformations spectrales, potentiellement difficile à interpréter avec des algorithmes classiques.

Pour cela, le doctorant mènera les axes d’études suivants :

• L’identification de radioéléments et la mesure de leur proportion dans le signal avec un ou plusieurs matériaux absorbeurs et diffuseurs entre les sources et le détecteur (méthodes : simulations Monte-Carlo Geant4, réseaux de neurones bayésiens, apprentissage robuste à la confiance et expérimentation).

• La détermination de la nature du matériau traversé et de l’épaisseur traversée (méthodes : simulations Monte-Carlo Geant4, réseaux de neurones adversariaux (GANs), auto-encodeur, expérimentation).

• L’application aux méthodes d’imagerie à masque codé. Selon les résultats obtenus aux deux axes précédents et l’espace de découverte qui en découle, les méthodes pourront être reprises sur la thématique des masques codés pour l’imagerie gamma.

 

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