Les sujets de thèses

15 sujets IRFU/DAP

Dernière mise à jour : 11-12-2019


• Astrophysique

• Data intelligence dont Intelligence Artificielle

• Photonique, imageurs et écrans

 

INTERACTIONS ENTRE RAYONS COSMIQUES ET MILIEU INTERSTELLAIRE

SL-DRF-20-0641

Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Isabelle GRENIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2020

Contact :

Isabelle GRENIER
Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 44 00

Directeur de thèse :

Isabelle GRENIER
Université Paris Diderot - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

01 69 08 44 00

Page perso : https://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/team/bio_grenier.html

Labo : http://irfu.cea.fr/dap/

Les rayons cosmiques sont-ils des acteurs ou des passagers dans l'évolution des galaxies ’ Selon les modèles actuels d’évolution des galaxies, les étoiles se forment trop efficacement et trop tôt dans l'histoire de l'Univers. Les phénomènes de haute énergie tels que les jets de trous noirs supermassifs et les explosions de supernova modifient l’évolution du gaz et des champs magnétiques dans et autour d’une galaxie, mais leur impact ne permet pas d'expliquer des observations clés telles que les puissants vents galactiques. Les rayons cosmiques peuvent jouer un rôle particulier dans cette évolution en transférant une part de l’énergie des supernovae vers le milieu interstellaire sur des milliers de parsecs et pendant des dizaines de millions d'années autour de leur source, en augmentant la flottabilité du gaz et en exerçant une pression anisotrope le long des lignes de champ magnétique et vers l’extérieur de la galaxie. Pour évaluer leur impact, il est essentiel de comprendre comment les rayons cosmiques se propagent dans une galaxie et comment leurs propriétés de transport varient selon les conditions interstellaires ambiantes. Pour mieux cerner ce problème, nous proposons de comparer pour la première fois la distribution de rayons cosmiques obtenue dans des simulations numériques de nuages interstellaires avec des mesures déduites d’observations multi-longueurs d'onde dans des régions comparables de la Voie Lactée. Une équipe du département d'Astrophysique encadrera le doctorant sur les simulations de haute performance et sur les différentes observations du milieu interstellaire, de la topologie magnétique et des rayons cosmiques. Le doctorant travaillera également dans le cadre de la collaboration internationale pour le télescope spatial gamma Fermi.
Champ magnétique intergalactique et sursauts gamma avec CTA

SL-DRF-20-0498

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 : 01-09-2020

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.
Dissipation de marée dans les planètes géantes: modèles de nouvelle génération à l’heure des missions spatiales

SL-DRF-20-0501

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 :

Stéphane MATHIS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Stéphane MATHIS
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

0169084930

Directeur de thèse :

Stéphane MATHIS
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

0169084930

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

Depuis Jupiter et Saturne dans notre système solaire jusqu’aux Jupiters/Saturnes « chauds » observés dans les systèmes extrasolaires, les planètes géantes gazeuses sont des objets dynamiques aussi complexes que fascinants. Ainsi, comme on peut l’observer à leur surface, ce sont des objets turbulents en rotation magnétisés qui interagissent fortement avec leur environnement, leurs lunes dans le cas de Jupiter et de Saturne et l’étoile hôte dans le cas des Jupiters/Saturnes « chauds » qui ont une période orbitale très courte. Dans ces systèmes, les forces d’interaction de marées, les ondes qu’elles génèrent (l’équivalent dans les planètes géantes des ondes de marées océaniques sur Terre) et leur dissipation jouent un rôle crucial pour l’évolution des orbites et de la rotation de la planète. Dans ce contexte, notre connaissance des planètes géantes et des marées en leur sein a connu plusieurs révolutions. D’une part, l’astrométrie de haute précision et la sonde CASSINI (NASA/ESA) ont démontré que la dissipation de marée est dix fois plus intense qu’attendue dans Jupiter et Saturne. D’autre part, les grands relevés photométriques Kepler/K2 et TESS (NASA) observent une grande diversité d’architectures orbitales pour les systèmes extrasolaires, en particulier dans le cas des Jupiters et des Saturnes « chauds » qui ont une orbite très proche de leur étoile et qui semblent être le site d’une dissipation moins intense que dans Jupiter et Saturne. Enfin, la sonde JUNO (NASA) et le grand finale de la sonde CASSINI ont révélé la structure et la dynamique internes de Jupiter et de Saturne: les intenses vents azimutaux observés à leur surface sont confinés dans leurs couches les plus externes du fait de l’action du champ magnétique dans les régions plus internes tandis que les éléments lourds contenus dans le noyau se mélangent au sein de la profonde enveloppe gazeuse dont ils modifient la structure. L’objectif de ce projet de thèse est donc de construire les nouveaux modèles cohérents de dissipation des ondes de marées dans l’intérieur des (exo-)planètes géantes gazeuses qui sont indispensables pour la compréhension de leurs systèmes et qui prendront en compte l’ensemble de ces phénomènes complexes et des nouvelles contraintes observationnelles. Ils seront ensuite appliqués pour prédire l’évolution des systèmes planétaires en support des missions spatiales en cours et à venir dans lesquelles le Département d’Astrophysique du CEA/IRFU est fortement impliqué (JWST, PLATO, ARIEL).
Dévoiler la face cachée des 3 premiers milliards d’années de la formation des galaxies

SL-DRF-20-0328

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

David ELBAZ

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

David ELBAZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG

0169085439

Directeur de thèse :

David ELBAZ
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCEG

0169085439

L’un des enjeux majeurs de l’astrophysique consiste à comprendre comment les galaxies assemblent leur masse, donnent naissance à leurs étoiles et trous noirs supermassifs au cours du temps, et comment cet assemblage dépend de leur évolution interne et/ou de facteurs externes tels que les halo de matière noire et les fusions galactiques. À ce jour, notre compréhension de l’histoire cosmique de la formation d’étoiles reste largement incomplète sur la période clé des 3 milliards d'années qui ont suivi la réionisation, i.e. entre z~6 - quand les galaxies avaient formé moins de 1% de leurs étoiles actuelles - jusqu'à l’époque du pic de formation d'étoiles autour de z~1.5. ’Au cours de cette thèse, l’étudiant bénéficiera d’un ensemble de données uniques – principalement issues de l’interféromètre ALMA et du James Webb Space Telescope (JWST) – qui lui permettront de quantifier cette période de l’histoire de l'activité de formation d’étoiles, de la croissance en masse et de l'évolution morphologique des galaxies. Lever l’incertitude sur cette époque aura donc un impact majeur sur notre compréhension de la formation des structures dans l’univers, voire de notre cosmologie, et c’est l’un des objectifs majeurs de notre programme sur le JWST.
Formation, évolution et impact des couples stellaires

SL-DRF-20-0587

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Sylvain CHATY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Sylvain CHATY
Université de Paris et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 57 27 53 04

Directeur de thèse :

Sylvain CHATY
Université de Paris et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 57 27 53 04

Page perso : www.linkedin.com/in/sylvainchaty

Labo : irfu.cea.fr/dap

Les couples stellaires sont légion dans notre Galaxie: plus de 70% des étoiles massives vivent en couple au cours de leur vie stellaire. Cette thèse a pour but d'étudier comment se forment ces binaires, comment elles évoluent, et quel est leur impact sur leur environnement.



Les étoiles massives vivent en couple...

Plusieurs révolutions se sont produites ces dernières années dans le domaine stellaire. La première est la réalisation que la plupart (plus de 70%) des étoiles massives vivent au sein d’un couple stellaire (Sana et al. 2012). Cette binarité a des conséquences majeures sur l'évolution des étoiles, fortement influencée par la présence d’un « compagnon », en particulier via le transfert de matière et de moment cinétique (Chaty 2013). Le destin de ces couples stellaires est déterminé par l’évolution de chaque composante, l’étoile la plus massive s’effondrant en premier lors de l’explosion de supernova, donnant naissance à une étoile à neutron ou à un trou noir (Tauris et al. 2017). C’est ainsi que naît un couple stellaire accrétant, formé d’un astre compact en orbite autour de son compagnon, parmi les astres les plus fascinants de l’Univers. L’étoile compagnon, massive, se caractérise par une éjection de vent plus ou moins conséquente en fonction de sa métallicité, et l'astre compact, baignant dans ce vent, attire une partie de cette matière, qui, accrétée, s'accumule à la surface, chauffée à des températures de plusieurs millions de degrés, émettant principalement dans le domaine des rayons X. Ces astres donnent régulièrement lieu à des variations extrêmes de luminosité, de plusieurs ordres de grandeur sur l’ensemble du spectre électromagnétique, sur des échelles de temps allant de la seconde au mois.



...jusqu’à fusionner...

La deuxième révolution est la détection, par les interféromètres de la collaboration LIGO/Virgo, d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux trous noirs (première détection en septembre 2015) puis de deux étoiles à neutron (août 2017). Cette fusion intervient à la fin de la vie de certains couples stellaires, dépendant de leur masse, de leur séparation orbitale, et de plusieurs autres paramètres en jeu lors de leur évolution. La fusion d’étoiles à neutron s’accompagne d’une émission d’ondes électromagnétiques, nommée kilonova, et des observations spectroscopiques ont prouvé que des atomes lourds étaient créés lors de cet événement, via le « processus rapide » de nucléosynthèse (r-process).



...avec un impact sur leur environnement!

Il est aujourd’hui établi que l’effondrement d’étoiles massives en supernova joue un rôle clé dans l'enrichissement du milieu interstellaire -depuis les atomes lourds jusqu’aux molécules complexes-, ainsi que dans le déclenchement de la formation de nouvelles étoiles. Par contre, l’impact du vent de ces étoiles massives sur leur environnement, tout au long de leur vie, a été longtemps négligé. Or cette matière éjectée se disperse dans le milieu environnant, jusqu’à entrer en collision avec un milieu interstellaire dense, potentiellement à l’origine du déclenchement de nouvelles formations d’étoiles, comme suggéré par des observations du satellite Herschel (Chaty et al. 2012). Enfin, les observations récentes de r-process concomitant à la détection d’une kilonova montrent que la fusion de deux étoiles à neutron est un élément important (voire même majoritaire) de nucléosynthèse dans la Galaxie.



Cette thèse, couvrant divers domaines de l’astrophysique, propose d'étudier comment se forment ces formidables couples d’étoiles massives, dont le rôle est primordial au sein du cycle de la matière, comment ils évoluent, et quel est leur impact sur leur environnement, en se basant sur des observations multi-longueur d’onde (ESO, Gaia…).

JWST: from data analysis software and techniques to the quest for hidden mergers and bulge growth in high redshift galaxies

SL-DRF-20-0106

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 : 01-10-2020

Contact :

Emanuele DADDI
CEA - DRF/IRFU


Directeur de thèse :

Emanuele DADDI
CEA - DRF/IRFU


JWST will be launched in 2021, with an important participation from ESA, CNES and CEA for the mid-infrared instrument MIRI. JWST capabilities are revolutionary, compared to the existing state of the art, in terms of resolution and sensitivity over the 1- 30’m wavelength range, where stars and (warm) dust emit their light from galaxies at high redshift. For the first time JWST will provide spatially resolved photometry up to the mid-IR (at least 10’m, with NIRCAM and MIRI) with sub-arcsec resolution. The competitive exploitation of the data for scientific endeavors will require the mastering of the data, deeply understanding the reduction, treatment and developing tools to foster the analysis. I propose a PhD thesis in Saclay as a collaborative effort between experts from ’MICE, the Centre of Expertise for MIRI’, developed at CEA/Irfu/DAp, and with researchers in galaxy formation and evolution. The student will be responsible for developing new high level software for the analysis of resolved imaging data from MIRI and NIRCAM, modeling and understand the resolution, ’pixelization’ and PSF convolution effects. This will include high-level software to create spatially resolved maps of physical parameters (stellar mass, dust attenuation, stellar age, star formation rate) and pixel-by-pixel spectral energy distributions. The student will work on testing and improving the existing MIRI simulator, adapting it to the case of resolved observations of distant galaxies. The results of the efforts will be shared with several of the CEA Saclay groups in the spirit of fostering our expertise and efficiency in the early use of the groundbreaking JWST data. This work will be based on data from our recently approved Early Release Science (ERS) project observing with a suite of JWST instruments (NIRCAM, NIRSPEC, and MIRI) on well-studied cosmological fields. This ERS project is lead by S. Finkelstein at the University of Texas and includes E. Daddi and D. Elbaz from CEA-Saclay among the international teams of proposers. These observations will be among the first delivered by JWST, in parallel with those from GTO teams.

The student will ultimately use the Early Release Science data on cosmological fields to search for ongoing hidden merger events and AGN components resolved inside galaxies, by distinguishing them from the whole galaxy (e.g., nuclear events, or similar), and constraining the growth of inner bulges with passive and/or active stellar populations. This research is based on recent discoveries from our team at the peak of galaxy formation z=1-4. Eventually this research will lead to the first realistic estimates of the relevance of these widely discussed and hot topics.

Le squelette de la formation d'étoiles avec ASKAP

SL-DRF-20-0734

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire de modélisation des plasmas astrophysiques (LMPA)

Saclay

Contact :

Marc-Antoine Miville-Deschênes

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-02-2020

Contact :

Marc-Antoine Miville-Deschênes
CNRS - DRF/IRFU/DAP/LMPA


Directeur de thèse :

Marc-Antoine Miville-Deschênes
CNRS - DRF/IRFU/DAP/LMPA


Page perso : https://hyperstars.fr/mamd

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

Voir aussi : https://hyperstars.fr

La formation des étoiles est un aspect fondamental de l'évolution de l'Univers. Étrangement cet aspect reste mal compris du fait de la combinaison d'un grand nombre de processus physique complexe : instabilités diverses (dynamique, chimique, thermique), turbulence magnétisée, gravité, injection d'énergie par les étoiles elles-même. Cette physique multi-échelles et multi-processus impose que ce problème soit maintenant étudié à l'aide de simulations numériques de plus en plus sophistiquées. D'importants progrès ont été fait au point que nous sommes maintenant dans une situation où les contraintes observationnelles viennent à manquer pour identifier le scénario exact. Ceci est en partie causé par la difficulté à comparer quantitativement les observations et les simulations numériques. Dans ce contexte, la science des données apportent de nouvelles perspectives d'exploration des données et, en particulier concernant l'identification de nouvelles métriques pour comparer simulations et observations.

Le sujet de cette thèse de doctorat est de définir un cadre permettant d'estimer les paramètres physique (intensité du champ magnétique, température du gaz, densité, spectre de puissance de la vitesse) de différentes région du milieu interstellaire en appliquant des outils statistiques à des observations hyper-spectrales 21 cm obtenues au radio-interféromètre ASKAP, précurseur australien de SKA. Le développement des outils se fera sur la base d'un apprentissage à partir d'un jeu de simulations numériques représentatives des régions observées (milieu interstellaire atomique, diffus à haute latitude galactique). Ce sujet est rendu possible grâce à la combinaison d'expertises présentes dans la collaboration Hyperstars qui réunit des experts du processus de formation d'étoiles (M-A Miville-Deschênes et Patrick Hennebelle) et des experts de la science des données.
Les corrélations croisées entre les sondes cosmologiques des expériences Euclid, BOSS/eBOSS, Planck, et au-delà

SL-DRF-20-0614

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Valeria Pettorino

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

01 69 08 17 53

Directeur de thèse :

Valeria Pettorino
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS


Page perso : www.cosmostat.org/valeria-pettorino

Labo : www.cosmostat.org

Voir aussi : http://www.cosmostat.org/jobs/xc_dap_dphp

Nous proposons une thèse qui vise à fournir des outils clés et dont les résultats seront utilisés pour la collaboration Euclid et au-delà.

Le doctorant engagé(e) dans le cadre de ce projet sera à l’interface entre la théorie et les observations pour obtenir le meilleur rendement scientifique du grand investissement réalisé dans les missions spatiales comme Euclid, en particulier en Europe et par le CNES.

Les objectifs principaux sont:

1) apprendre à utiliser les codes de cross-correlation existants (tels que COSMOSIS, développé par Martin Kilbinger) et utiliser les données disponibles (telles que les données réelles ou simulées pour Euclid) pour tester la gravité modifiée modèles au-delà du LCDM (sous la supervision de Valeria Pettorino, experte dans le domaine);

2) étudier l'ampleur de la contribution de XC avec le regroupement spectroscopique de galaxies, utilisant potentiellement 3D WL (pour lequel un code a été validé par A. S. Mancini & V. Pettorino);

3) étudier les synergies avec d’autres sondes, telles que les données de BOSS / eBOSS (dont Vanina Rulhmann-Kleider est experte) et le fond diffus cosmologique de Planck (dont V.Pettorino est un membre de l’équipe CORE2 et un scientifique de Planck) ou encore avec les sondes à venir dans l’espace terrestre (expériences en ballon) qui fourniront (pendant la durée de la thèse) des spectres de polarisation avec une meilleure résolution à petite échelle.

L’Univers gravitationnel : à la recherche des progéniteurs d’ondes gravitationnelles

SL-DRF-20-0575

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Sylvain CHATY

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Sylvain CHATY
Université de Paris et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 57 27 53 04

Directeur de thèse :

Sylvain CHATY
Université de Paris et Institut Universitaire de France - LEPCHE/Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie

01 57 27 53 04

Page perso : www.linkedin.com/in/sylvainchaty

Labo : irfu.cea.fr/dap

Voir aussi : www.apc.univ-paris7.fr/APC_CS

Contexte : La découverte, par l’observatoire LIGO-Virgo le 14 septembre 2015, d’ondes gravitationnelles (OG) issues de la fusion de deux trous noirs de masse stellaire, applaudie par l’ensemble de la communauté scientifique, fut inattendue en terme de sources astrophysiques : deux trous noirs stellaires aussi massifs (~ 30 masses solaires) n’avaient jamais été vus auparavant, bien qu’ils constituent probablement le sommet de l’iceberg. A partir de cette détection, plusieurs questions se sont immédiatement posées : comment de tels trous noirs peuvent-ils se former, et combien y en a-t-il dans notre Univers local et au-delà ’ Puis, la deuxième percée est venue avec la détection d’une kilonova associée à une fusion de deux étoiles à neutrons, le 17 août 2017. D’autres questions surgirent, telles que la nature du résultat d’une telle fusion. Plus généralement, l’une des questions les plus fondamentales, en termes d’astrophysique et de physique, concerne la nature des progéniteurs qui finiront par fusionner. Enfin, nous savons maintenant que de nombreuses fusions de ce type seront détectées par les observatoires OG actuels et futurs, mais nous ne savons pas quel sera le taux exact.



Objets d’étude : Les binaires stellaires hébergeant des astres compacts (en particulier les étoiles à neutrons et les trous noirs) constituent les meilleurs progéniteurs, évoluant jusqu’à fusionner en binaires de trous noirs, d’étoiles à neutrons ou d’étoiles à neutrons et trous noirs, et émettre des OG. L’évolution globale de ces binaires est encore sujette à de nombreuses incertitudes de certains paramètres de l’évolution des binaires, tels que : le "kick" reçu lors de la supernova, les effets de métallicité sur les vents stellaires, la phase d’enveloppe commune, déterminante pour la survie ou non du système binaire, le spin de chaque objet etc.



Objectifs : Pour répondre aux questions d’astrophysique et de physique fondamentale décrites ci-dessus, nous avons besoin d’un cadre commun, rassemblant la connaissance des objets astrophysiques tels que les binaires hébergeant des objets compacts, avec l’expertise scientifique et instrumentale des détecteurs d’ondes gravitationnelles. AIM et APC sont deux laboratoires idéaux pour entreprendre une telle étude à leur interface, offrant : i. une étude approfondie des binaires individuelles, une étude globale de l’ensemble des binaires, et une modélisation de l'évolution des populations binaires, afin de caractériser la nature des progéniteurs de fusion ; et ii. l’expertise des détecteurs OG, la connaissance des détections et une estimation observationnelle des taux de fusion selon la sensibilité du détecteur. Le (la) candidat(e) s’insérera dans le groupe «Rates & Populations » au sein de la collaboration Advanced LIGO – Advanced Virgo.



Description : Au cours de cette thèse, nous modéliserons l’évolution des systèmes binaires en utilisant le code MESA : (http://mesa.sourceforge.net/binary_controls_defaults.html) afin de contraindre les paramètres encore mal connus (kick, métallicité, enveloppe commune, spin, etc). Nous utiliserons les nouvelles observations de binaires d’étoiles massives et de binaires accrétantes (obtenues à l’ESO ou délivrées par le satellite Gaia), pour en déduire des informations sur le mouvement propre –relié au kick–, sur les types spectraux de chacune des étoiles, et sur le fait que les binaires survivent ou non à la phase d’enveloppe commune (les binaires accrétantes contenant une étoile compagnon de faible masse sont vues après cette phase, alors que celles contenant une étoile de grande masse sont vues avant). Nous comparerons ensuite les prédictions des modèles (MESA) aux informations données par les observations (ESO, Gaia), dans le but de contraindre les paramètres mentionnés ci-dessus. L’utilisation de ces modèles, aux paramètres contraints, permettra ensuite de faire évoluer les systèmes jusqu’à la fusion, et d’estimer plus précisément le taux de fusion d’objets compacts (binaires d’étoiles à neutron et/ou de trous noirs). La comparaison de ces taux de fusion aux courbes de sensibilité des détecteurs OG permettra finalement d’ajuster le taux de détection des futurs détecteurs.
L’atmosphère des exoplanètes avec les missions spatiales JWST et ARIEL : la chasse aux systématiques instrumentales en amont pour ARIEL, en aval pour JWST

SL-DRF-20-0506

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 :

Pierre-Olivier LAGAGE

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Pierre-Olivier LAGAGE
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

+33676738723

Directeur de thèse :

Pierre-Olivier LAGAGE
CEA - DRF/IRFU/DAP/LDE3

+33676738723

L'étude des exoplanètes est en plein essor. Depuis la détection de la 1ière exoplanète en 1995 par M. Mayor et D. Queloz (prix Nobel de Physique 2019), plus de 4000 exoplanètes ont été détectées. Le domaine est maintenant confronté à un nouveau défi : la caractérisation de l’atmosphère des exoplanètes. La connaissance de l’atmosphère amène des informations uniques pour contraindre la formation et l'évolution de l’exoplanète, son intérieur, voire la présence d’activité biologique, etc. cette caractérisation va prendre un essor considérable avec le lancement de 2 missions spatiales : le JWST en 2021 et la mission ARIEL, entièrement dédiée aux atmosphères d’exoplanètes, en 2028. L’atmosphère est étudiée à partir d’observations spectroscopiques dans l’infrarouge ; le niveau de stabilité instrumentale requis pour ces études est très élevé (jusqu’à 10 ppm sur une dizaine d’heures).

Le JWST n’a pas été conçu pour avoir la stabilité requise. Au cours de sa thèse l’étudiant-e déterminera la stabilité en vol de l’instrument MIRI du JWST, auquel le CEA a fortement contribué, la comparera avec celle prédite et analysera différentes méthodes pour améliorer la stabilité lors de la réduction des données. Le CEA est également fortement impliqué dans la mission ARIEL (maitrise d’oeuvre de l’instrument principal d’ARIEL : le spectromètre InfraRouge AIRS ; réalisation et tests de la chaine de détection). L’étudiant participera aux études de stabilité (tests en laboratoire de la chaine de détection, analyse des résultats, détermination des meilleurs modes d’opération, analyse système) afin de maximiser la stabilité instrumentale en amont du lancement.

Mots clefs : missions spatiales, détecteurs pour l'infrarouge, exoplanetes

TARGETING DES ONDES GRAVITATIONNELLES À L'AIDE DES RELEVÉS OPTIQUES : LA SYNERGIE ENTRE EUCLID ET LE CHINESE SPACE STATION TELESCOPE (CSST)

SL-DRF-20-0565

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Martin Kilbinger

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

01 69 08 17 53

Directeur de thèse :

Martin Kilbinger
CEA - DRF/IRFU/DAP/LCS

01 69 08 17 53

Page perso : www.cosmostat.org/kilbinger

Labo : www.cosmostat.org

Voir aussi : http://www.cosmostat.org/jobs/gw_euclid_csst

La découverte directe récente des ondes gravitationnelles (OG) émises par la fusion

de deux objects compactes et massives a ouvre une nouvelle fenêtre sur l'Univers.

La contrepartie électro-magnétique (EM) de l'évènement GW170817 a commencé une

époque multi-messager pour l'astronomie. Des observations jonts OG et EM founisseront

une route vers une compréhension meilleure de la physique et le taux des processus

violents des fusions des trous noirs et des étoiles à neutron, et des propriétés

des galaxies d'hôte et des populations stellaires.



Pour identifier des OGs transients à l'aide des observations de suivi rapide à

travers la range spectrale, des relevés de galaxies dans l'ultraviolet,

l'optique, et l'infrarouge sont de très haute importance. Ce thèse explorera

la synergie et complémentarité de deux missions spatiales prochaines: le satellite

Euclid de l'ESA (lancement en 2022), et CSST, le télescope spatiale de la station

spatiale Chinoise (prévu pour 2024). Les deux expériences couvreront une grande

partie du ciel extra-galactique, avec une surface jointe de 15,000 deg^2.
Vers une caractérisation 3D des sources étendues en rayons X

SL-DRF-20-0569

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 : 01-10-2020

Contact :

Fabio Acero
CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

0169084705

Directeur de thèse :

Fabio Acero
CEA - DSM/IRFU/SAp/LEPCHE

0169084705

Voir aussi : http://github.com/facero/sujets2020

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 Athéna en préparation) dans lequel le CEA est fortement impliqué.
Étude des sursauts gamma et de leur émission rémanente dans le domaine des rayons X à l’infrarouge au vu des observations menées par la mission SVOM

SL-DRF-20-0515

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LISIS)

Saclay

Contact :

Bertrand CORDIER

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Bertrand CORDIER
CEA - DRF/IRFU

0169082792

Directeur de thèse :

Bertrand CORDIER
CEA - DRF/IRFU

0169082792

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

Les sursauts gamma, découverts de manière fortuite à la fin des années 60, sont les explosions les plus violentes de l’Univers. Leur étude est complexe car elle nécessite la mise en orbite d’un télescope gamma pour les détecter et les localiser. L’ensemble des données récoltées a permis d’établir un scénario scientifique global dont les grandes lignes sont les suivantes : les sursauts gamma sont des explosions stellaires qui aboutissent à la formation d’un trou noir et à l’éjection de jets de matière propulsés à des vitesses très proches de celle de la lumière. Lorsque le jet est orienté vers la Terre, un observateur voit une source extrêmement brillante, qui décroît rapidement au cours du temps. Un sursaut gamma typique comprend une phase émissive prompte qui dure quelques secondes, suivie d’une émission rémanente émise lorsque le jet percute violement le milieu environnant.

La mission franco-chinoise SVOM qui sera lancé fin 2021 aura comme objectif principal d’établir un échantillon de 30 à 40 sursauts gamma par an avec une description la plus complète possible. Grâce à ses instruments déployés dans l’espace et au sol, pour la première fois l’émission prompte des sursauts sera observée sur plus de trois décades en énergie et l’émission rémanente associée sera étudiée en X, en visible et en infrarouge proche.

Le sujet de thèse proposé consiste à étudier conjointement, à partir du catalogue de sursauts détectés par la mission SVOM, la phase prompte et l’évolution de la rémanence sur une durée de quelques jours. L’interprétation de ces observations nous renseignera sur la nature du jet, sur l’accélération de particules, sur la production de rayonnement dans le jet et dans le milieu environnant choqué par le jet, sur les propriétés de ce même milieu (vent stellaire, milieu interstellaire, nuage moléculaire) et sur la nature de l’astre qui a explosé.
Apprentissage automatique pour construire les cartes de matière noire avec Euclid et estimer les paramètres cosmologiques

SL-DRF-20-0313

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 : 01-10-2020

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 satellite Euclid, qui sera lancé en 2022, observera le ciel dans les domaines optique et infrarouge, et mesurera les distorsions gravitationnelles jusqu’à des redshifts très élevés. L’effet de lentille gravitationnelle faible est considérée comme l’un des outils les plus prometteurs de la cosmologie pour contraindre les modèles. Les lentilles faibles sondent l’évolution des structures de la matière noire et peuvent aider à distinguer l’énergie noire des modèles de gravité modifiée. Grâce aux mesures de cisaillement, nous pourrons reconstruire une carte de masse de matière noire de 15 000 degrés carrés. La cartographie de masse implique la construction de cartes bidimensionnelles utilisant des mesures de forme de galaxie, représentant la densité de matière totale intégrée le long de la ligne de visée. Les cartes de masse sur des petits champs ont souvent été utilisées pour étudier la structure et la distribution en masse des amas de galaxies, alors que les cartes à grand champ ne sont possibles que depuis peu, en raison des stratégies d'observation de relevés de galaxies tels que CFHTLenS, HSC, DES et KiDS. Les cartes de masse contiennent des informations cosmologiques non gaussiennes significatives et peuvent être utilisées pour identifier des amas massifs ainsi que pour effectuer une corrélation croisée entre le signal de lentille et les structures d’avant plan.

Une méthode standard pour obtenir des cartes de masse à partir d'observations à lentille faible est une technique d'inversion élaborée par Kaiser & Squires [2]. Cependant, elle comporte de nombreuses limitations, notamment la nécessité de lisser les données avant (et souvent après) l'inversion, perdant ainsi des informations à petite échelle. Une méthode alternative appelée GLIMPSE a été développée dans le laboratoire CosmoStat, basée sur une reconstruction parcimonieuse qui améliore la restaurations des structures non gaussiennes [3, 4]. L'algorithme a été testé sur des simulations et a récemment été utilisé pour étudier le cluster de galaxies en fusion A520 avec les données du télescope spatial Hubble [5]. Plus récemment, l'apprentissage automatique est apparu comme une technique prometteuse pour la récupération de cartes de masse [6].

Le but de cette thèse est i) de comparer cette technique à l’état de l’art et de déterminer si elle peut être utilisée dans la pratique, ii) d’élargir la méthode à des données sphériques, et iii) de développer une nouvelle approche d’apprentissage automatique pour estimer la valeur cosmologique. paramètres. Le développement de simulations cosmologiques rapides, capables de simuler le relevé Euclid sous diverses cosmologies, sera au cœur de ce nouveau cadre statistique. Cet outil de simulation sera basé sur le code de simulation FastPM N-body [7] et il sera implémenté directement dans le cadre d’apprentissage automatique avec TensorFlow, ce qui permettra de générer un pipeline de simulation physique différentiable pouvant être directement interfacé avec des composants d’apprentissage approfondi ou avec des techniques d’inférence reposant sur l’avantage d’avoir accès aux dérivées de la simulation.

Dans le cadre du laboratoire CosmoStat, situé au CEA Saclay, le candidat retenu sera intégré dans un groupe de recherche français de premier plan, fortement impliqué dans la préparation de la mission spatiale Euclid et ayant une longue tradition de développement d'outils statistiques de pointe pour le analyse des données astronomiques et cosmologiques.

The Euclid satellite, to be launched in 2022, will observe the sky in the optical and infrared, and will be able to map large scale structures and weak lensing distortions out to high redshifts. Weak gravitational lensing is thought to be one of the most promising tools of cosmology to constrain models. Weak lensing probes the evolution of dark-matter structures and can help distinguish between dark energy and models of modified gravity. Thanks to the shear measurements, we will be able to reconstruct a dark matter mass map of 15000 square degrees. Mass mapping entails the construction of two-dimensional maps using galaxy shape measurements, which represent the integrated total matter density along the line of sight. Small- field mass maps have been frequently used to study the structure and mass distribution of galaxy clusters, whereas wide-field maps have only more recently become possible given the broad observing strategies of surveys like CFHTLenS, HSC, DES, and KiDS. Mass maps contain significant non-Gaussian cosmological information and can be used to identify massive clusters as well as to cross-correlate the lensing signal with foreground structures.

A standard method to derive mass maps from weak-lensing observations is an inversion technique formulated by Kaiser & Squires [2]. It has many limitations, however, including the need to smooth the data before (and often after) inversion, thereby losing small-scale information. An alternative method called GLIMPSE has been developed in the CosmoStat laboratory based on sparse reconstruction that avoids this problem and improves the recovery of non-Gaussian features [3, 4]. The algorithm has been tested on simulations and was also recently used to study the A520 merging galaxy cluster with Hubble Space Telescope data [5]. More recently, machine learning has emerged as a promising technique for mass map recovery [6].

The goal of this thesis is to i) compare this technique to the state of the art and investigate if it can be used in practice, ii) extend the method for spherical data, and iii) develop a new machine learning approach to estimate the cosmological parameters. At the core of this new statistical framework will be the development of fast and differentiable cosmological simulations capable of emulating the Euclid survey under various cosmologies. This simulation tool will be based on the FastPM N-body simulation code [7] and implemented directly in the TensorFlow machine learning framework, yielding a differentiable physical forward simulation pipeline which can be directly interfaced with deep learning components or with inference techniques relying on having access to the derivatives of the simulation.

As part of the CosmoStat Laboratory, located at CEA Saclay, the successful candidate will be embedded in a leading French research group, heavily involved in the preparation of the Euclid space mission, and with a long tradition of developing cutting-edge statistical tools for the analysis of astronomical and cosmological data.



L’environnement scientifique:



La thèse se déroulera au sein du groupe de recherche pluridisciplinaire, CosmoStat, au Département d’Astrophysique du CEA sous la direction de Jean-Luc Starck et de Francois Lanusse. L’équipe est très impliquée dans le projet Euclid et le weak lensing, avec de nombreuses responsabilités (Jean-Luc Starck est leader de l’unité OULE3, en charge de définir les algorithmes utilisés pour dériver les produits finaux et également du Work Package OULE3-Weak Lensing. L’équipe a une très forte expertise dans différents domaines (problèmes inverses, weak lensing, machine learning etc.). L’étudiant thésard disposera donc d’un environnement idéal pour mener à bien ses travaux. A l’issue de sa thèse, l’étudiant maitrisera des outils sophistiqués, le savoir faire pour estimer les paramètres cosmologiques à partir de données weak lensing, et aura une très bonne connaissance du projet Euclid. Il pourra alors soit continuer dans le domaine académique, soit exploiter ses compétences dans le domaine industrie.





1. Bartelmann, M. & Schneider, P. 2001, Phys. Rep., 340, 291. ’

2. Kaiser, N. & Squires, G. 1993, ApJ, 404, 441. ’

3. Leonard, A., Lanusse, F., & Starck, J.-L. 2014, MNRAS, 440, 1281.

4. Lanusse, F., Starck, J.-L., Leonard, A., & Pires, S. 2016, A&A, 591, A2.

’5. Peel, A., Lanusse, F., & Starck, J.-L. 2017, ApJ, 847, 23.

6. Niall Jeffrey et al, submitted. https://arxiv.org/abs/1908.00543

7. Y. Feng, M. Yat Chu, U. Seljak, and P. McDonald. MNRAS, 463(3):2273–2286, 2016.





Développement de spectro-imageurs X durs à haute densité de pixels pour l’imagerie directe de sources astrophysiques et d'éruptions solaires au-delà de 30 keV

SL-DRF-20-0634

Domaine de recherche : Photonique, imageurs et écrans
Laboratoire d'accueil :

Direction d’Astrophysique (DAP)

Laboratoire des spectro-Imageurs spatiaux (LSIS)

Saclay

Contact :

Aline Meuris

Olivier Limousin

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Aline Meuris
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSAS

01 69 08 12 73

Directeur de thèse :

Olivier Limousin
CEA - DRF/IRFU/DAP/LSIS

01 64 50 15 03

Des télescopes spatiaux focalisant des rayons X durs jusqu’à 100-200 keV apporteraient des réponses majeures pour la compréhension des phénomènes les plus violents et énergétiques de l’univers, dans les noyaux actifs de galaxie, les supernovae ou plus proche de nous dans les éruptions solaires. Des techniques de super-miroirs émergent dans cette perspective. En parallèle, il est nécessaire de mener des développements technologiques en rupture pour réaliser des grands plans focaux à haute densité de pixels efficaces jusqu’à 200 keV qui seront placés au foyer de ces systèmes optiques. Cette thèse d’instrumentation spatiale consiste à mettre en œuvre et à étudier des détecteurs hybrides innovants pour de la spectro-imagerie dans la bande [1-200 keV] à base de détecteurs semiconducteurs pixelisés au pas de 250 µm en tellurure de cadmium (CdTe) interconnectés point à point avec les chaînes de lecture spectroscopiques de circuits intégrés matriciels (ASIC) conçus par l’institut. Par des caractérisations expérimentales couplées à des méthodes d’analyses de données modernes, et des essais en accélérateurs couplés à des modélisations numériques, il s’agit pour le candidat de démontrer et d’optimiser la résolution spectrale, la résolution spatiale et la capacité de comptage de ses dispositifs inédits.

 

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