Les sujets de thèses

3 sujets IRFU/DAP

Dernière mise à jour : 19-10-2018


• Astrophysique

• Mathématiques - Analyse numérique - Simulation

 

Gaz interstellaire sombre et Bulles de Fermi

SL-DRF-19-0264

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service 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 : 01-09-2019

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 : irfu.cea.fr/dap/

De grandes quantités de gaz échappent, faute d’émission, à l’inventaire du milieu interstellaire [1]. Ce gaz sombre se concentre à l’interface entre les phases atomiques et moléculaires des nuages. Il joue un rôle déterminant dans le cycle interstellaire et il nous informe sur la capacité des grands réservoirs de gaz atomique des galaxies à produire des nuages moléculaires pour former des étoiles. Or on ignore presque tout de la composition, de l’état et de l’abondance du gaz sombre, et comment ces propriétés varient à l’échelle d’une galaxie. Trouver des moyens directs d’observation et caractériser cette phase interstellaire sont donc deux objectifs majeurs pour comprendre les écosystèmes galactiques.

On révèle indirectement le gaz sombre en couplant les observations des poussières qu’il contient et des rayons cosmiques qui le sillonnent et rayonnent en gamma. Le but proposé pour la thèse est d’exploiter les données gamma de Fermi et de multiples traceurs interstellaires (Planck, WMAP, Gaia, nouveaux relevés radio et mm) pour étudier le plus grand complexe de gaz sombre du voisinage solaire. Les analyses permettront de quantifier le contenu en gaz visible et sombre des nuages, de suivre la pénétration des rayons cosmiques dans les phases denses et de caractériser l’évolution des propriétés des poussières d’une phase à l’autre. Ce dernier point est essentiel pour ouvrir la voie à des études Galactiques et extragalactiques fiables du gaz sombre en ne s’appuyant que sur l’émission des poussières.

L’étude devra relever le défi de séparer l’émission gamma interstellaire de celle des Bulles de Fermi (grands jets de particules de haute énergie expulsés des régions centrales de la Galaxie) en développant une méthode de séparation de composante multi-spectrale.

L’étudiant(e) pourra également participer au projet de ballon sub-millimétrique co-PILOT du CNES, prévu pour 2020 pour rechercher des signatures de recombinaison de C+ dans le gaz sombre local.

Le travail s’effectuera au sein de la Collaboration internationale Fermi et profitera de nombreux échanges avec des experts interstellaires en France (à l’ENS et l’IRAM), aux Etats-Unis (Alma, Stanford), en Australie (SKA-GASKAP) et en Chine (FAST). L’étudiant(e) participera en début de thèse au mois d’atelier international sur le gaz sombre qui se tiendra à l’Institut Pascal de l’Université Paris-Saclay.

[1] Grenier et al., 2005, Science 307, 1292

The role of gas and star formation inside the first forming galaxy structures

SL-DRF-19-0046

Domaine de recherche : Astrophysique
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

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

Saclay

Contact :

Emanuele DADDI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Emanuele DADDI

CEA - DRF/IRFU/SAp

Directeur de thèse :

Emanuele DADDI

CEA - DRF/IRFU/SAp

At redshifts of z=2 to 3, the epoch of the peak star formation and black hole activity in the Universe, the first giant dark matter halos were also growing very rapidly, and baryons falling into their deep potential wells induced prodigiously vigorous activity leading to the major phases of galaxy and black hole assembly, often hidden by dust. These early phases for the evolution of galaxies are expected to be crucial to lead to the formation of their dominant early type galaxy population (via quenching mechanisms still poorly understood) and well relaxed hot gas atmospheres, as observed in local massive galaxy clusters (via some sort of yet unknown feedback between galaxies and the hot gas, leading to energy and entropy injection affecting its thermodynamic evolution). The overall physical processes relevant for galaxies and structures evolution in the first forming clusters are still largely poorly mapped, and yet not well understood. But increasing interest and efforts in the community coupled with emerging observational results and prospects for future mission (e.g., JWST, Euclid and Athena) make this research field one of the most hot and promising in the current domain of galaxies and structure formation. I propose a PhD thesis in Saclay in this research field, based on new observations with ALMA, NOEMA, Herschel, HST and Keck of two dense structures discovered by our research groups at z=2 and 2.5 (Gobat et al 2011; 2013; Wang et al 2016) and a new forming cluster found at z=2.91. The student will be responsible of the final reduction, analysis and interpretation of a substantial amount of data we obtained

with the new and revolutionary Keck Cosmic Web Imager, allowing for the first time 3D spectroscopy in the blue over large fields, down to wavelengths not accessible to the MUSE instrument at the VLT. These Keck data have revealed giant clouds of cold gas extending over 100kpc or more at the cluster cores, detected from their Lya emission. The high level goal of the thesis will be to observationally characterise and understand the nature, origin and fate of these giant reservoirs of cold gas. This will be done in particular in connection with galaxy activity present in the clusters, that will be probed by HST multicolour imaging (to reveal morphologies, stellar populations and merging rates possibly connected to galaxy stripping and production of inter cluster material) and with NOEMA, ALMA and Herschel (to study gas reservoirs, star formation hidden by dust and the state of the interstellar medium). The cold gas might eventually result to be a first convincing smoking gun of cold flow accretion to massive dark matter halos required by theory to justify the vigorous galaxy activity present at high redshift. Such smoking gun has long been sought observationally at high redshifts but never convincingly detected yet. Possible evidences leading to this could be connected with the morphology of the Lya gas, large kinematics and metal enrichment, that we will be able to investigate with existing data and with future observations. The student will be, in fact, involved during the PhD in a vigorous effort of proposing for Keck, VLT and ALMA/NOEMA time, to foster this science, with a resulting expertise in all aspects of observational astronomy, including experience with dealing with truly multi-wavelength datasets.

Transport Optimal et Deep Learning pour la modélisation de la réponse instrumentale du télescope spatial Euclid

SL-DRF-19-0010

Domaine de recherche : Mathématiques - Analyse numérique - Simulation
Laboratoire d'accueil :

Service d'Astrophysique (DAP)

Laboratoire CosmoStat (LCS)

Saclay

Contact :

Jean-Luc STARCK

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2019

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 projet spatial Euclid, dont le lancement est prévu en 2020, observera le ciel en optique et en infrarouge et permettra de construire des cartes de très grandes échelles afin mesurer les distorsions gravitationnelles jusqu’à des redshifts très élevés. Grâce à ces mesures de cisaillement (shear) gravitationnel, nous pourrons reconstruire des cartes de matières noires de 15000 degrés carrés, soit presque la moitié du ciel. Ces mesures de shear sont dérivées de l’analyse des formes de galaxies, qui sont floutées dues l’optique du télescope. L’un des problèmes majeurs pour atteindre les objectifs scientifiques est donc la nécessité de modéliser la fonction d'étalement du point (Point Spread Function (PSF) en anglais) du satellite, et de mesurer la forme des galaxies avec une très grande précision et corrigée de la PSF. Le champ de PSF peut être calculé à partir des étoiles contenues dans les images observées. Il doit prendre en compte la variation spatiale et spectrale de la réponse de l’instrument. Une difficulté supplémentaire vient du problème de sous échantillonnage des images.

Nous avons récemment montré (Schmitz et al 2018) que les techniques de transport optimal (OT) nous permettent de bien modéliser la variation de la PSF avec la longueur d’onde et des travaux en cours (Schmitz et al 2018) consistent à construire une modélisation tridimensionnelle de la PSF, qui tient en compte à la fois de la variation spatiale de la PSF et de sa dépendance à la longueur d’onde. Si le transport optimal permet d’obtenir de très beaux résultats, son utilité est limitée en pratique, pour des raisons de temps de calcul trop importants dans le cas de grands volumes de données comme ceux liés au projet Euclid.

Le but de cette thèse est de trouver une solution efficace pour construire un tel modèle tridimensionnelle de PSF. Une solution pourrait être d’utiliser la technique Deep Wasserstein Embedding (Courty, Flamary and Ducoffe, 2017) afin d’obtenir une approximation de la solution, mais avec une complexité bien meilleure. La seconde étape sera d’interpoler, à partir des PSFs 3D reconstruites aux positions des étoiles dans le champ, la PSF à n’importe quelle position spatiale. Ceci se fera en étendant à la troisième dimension l’interpolation 2D basée sur Graph Laplacian (Schmitz, Starck and Ngole, 2018), qui permet d’effectuer l’interpolation sur la variété adéquate. La dernière étape sera de quantifier l’erreur de modélisation en étudiant à partir de simulation la propagation de ces erreurs de reconstruction sur l’estimation des paramètres cosmologiques.

 

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