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• Astroparticules

 

Recherche de contreparties aux ondes gravitationnelles avec H.E.S.S. et CTA

SL-DRF-22-0068

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Astroparticules (GAP)

Saclay

Contact :

Fabian Schussler

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Fabian Schussler
CEA - DRF/IRFU

+33169083020

Directeur de thèse :

Fabian Schussler
CEA - DRF/IRFU

+33169083020

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/fabian.schussler/index.html

Labo : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_technique.php?id_ast=1025&voir=fm

Voir aussi : https://astro-colibri.com

Au cours des deux dernières années, les télescopes IACT (Imaging Air Cherenkov Telescopes) H.E.S.S. et MAGIC ont pu détecter des émissions de rayons gamma de très haute énergie provenant de sursauts gamma (GRBs). Ces résultats révolutionnaires ont relancé les discussions sur les mécanismes d'accélération et d'émission de particules que l'on peut trouver dans ces explosions violentes [1].

En complément des détections de GRBs via les satellites à rayons X, la détection des ondes gravitationnelles permet de fournir des informations nouveaux et complémentaires sur la phase de pré-explosion: les conditions initiales, la géométrie du système, et bien plus encore. Le projet de thèse proposé exploitera les possibilités passionnantes données en combinant la détection des ondes gravitationnelles et la détection du GRB résultant par les observatoires de rayons gamma de très haute énergie dans des observations et des analyses véritablement multi-messagers.

Le cœur du projet proposé sera H.E.S.S., actuellement l'instrument gamma le plus sensible au monde, et CTA, l'observatoire mondial de rayons gamma de haute énergie de nouvelle génération. Nous collaborerons également étroitement avec des partenaires du monde entier, dont évidemment l'instrument d'ondes gravitationnelles Advanced VIRGO, le satellite SVOM pour détecter les GRBs, divers radiotélescopes en Australie et en Afrique du Sud, des observatoires optiques, et bien d'autres encore. Le groupe de l'IRFU, CEA Paris-Saclay, dirige les observations des phénomènes transitoires par H.E.S.S. et CTA et possède d'une longue expérience avec ces observations difficiles. Le groupe est également à l'origine de changements et de modernisations de la communication dans la communauté des astroparticules (par exemple via l'application web/smartphone Astro-COLIBRI, voir: https://astro-colibri.com [2]).

Le/la doctorant(e) aura d'abord l'occasion de participer au développement et à l'amélioration des algorithmes qui permet d'optimiser les observations de suivi des phénomènes transitoires astrophysiques. Certains des événements les plus intéressants ne sont détectés qu'avec de grandes incertitudes de localisation (en particulier les ondes gravitationnelles, mais aussi les GRBs, les neutrinos etc.). Nous avons donc besoin d'outils et d'algorithmes spécialisés qui permettent d'orienter les instruments de suivi comme H.E.S.S. dans la bonne direction pour capter rapidement l'émission associée [3]. Une période d'observation cruciale par les interféromètres OG (appelée O4) est prévue pour la fin de l'année 2022. Cette période correspond parfaitement au projet de doctorat présenté ici, car l'étudiant(e) sélectionné(e) aura l'occasion de diriger les observations de suivi de H.E.S.S. et de CTA/LST-1 à la recherche de GRBs et d'autres contreparties gamma aux OGs détectés par LIGO/VIRGO/KAGRA pendant cette période. Une quantité importante de temps d'observation avec les télescopes de H.E.S.S. et CTA/SLT-1 a été réservée pour ces recherches passionnantes. Nous aurons donc de nombreuses occasions d'optimiser nos procédures de suivi, beaucoup de données à analyser, des résultats à présenter lors de conférences internationales et des articles à publier.



Le cœur du projet de thèse proposé sera la recherche en temps réel d'une émission gamma transitoire de haute énergie liée à la détection d'une onde gravitationnelle (et d'autres transitoires astrophysiques multi-messagers comme les neutrinos de haute énergie, les sursauts gamma, les sursauts radio rapides, les explosions stellaires/nova, etc.). Les observations combinées prouveront sans équivoque l'existence d'un accélérateur de rayons cosmiques de haute énergie lié à ces phénomènes multi-messagers violents et permettront d'obtenir de nouvelles informations sur les explosions les plus violentes de l'univers.



References:

[1] H.E.S.S. Collaboration: “Revealing x-ray and gamma ray temporal and spectral similarities in the GRB 190829A afterglow, Science, Vol. 372 (2021);

[3] P. Reichherzer, F. Schüssler, et al. : “Astro-COLIBRI-The COincidence LIBrary for Real-time Inquiry for Multimessenger Astrophysics”, ApJS 256 (2021);

[2] H. Ashkar, F. Schüssler, et al. : “The H.E.S.S. gravitational wave rapid follow-up program”, JCAP 03 (2021);

Recherche de matière noire et Centre Galactique en rayons gamma de très haute énergie avec H.E.S.S.

SL-DRF-22-0023

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Astroparticules (GAP)

Saclay

Contact :

Emmanuel MOULIN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2022

Contact :

Emmanuel MOULIN
CEA - DRF/IRFU/DPhP/HESS 2

01 69 08 29 60

Directeur de thèse :

Emmanuel MOULIN
CEA - DRF/IRFU/DPhP/HESS 2

01 69 08 29 60

Page perso : http://irfu.cea.fr/Pisp/emmanuel.moulin/

Labo : http://irfu.cea.fr/dphp/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstheme.php?id_ast=28&id_unit=8

Voir aussi : https://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/

La thèse se concentrera sur l'analyse et l'interprétation des observations menées dans la region de centre de la Voie Lactée avec l'observatoire H.E.S.S. depuis plus de 15 ans. La première partie du travail sera dédiée à l'analyse bas-niveau desdonnées du Centre Galctique et à l'étude des incertitudes systématiques dans ce jeu de données massifs. Dans une seconde partie, l'étudiant(e) combinera les données de la phase I et de la phase 2 de H.E.S.S. pour rechercher un signal de matière noire à l'aide de techniques d'analyse utilisant des patrons pour le signal et le bruit de fonds. La troisième partie portera sur le développement d'une nouvelle méthode d'analyse utilisant les réseaux de neurones Bayesiens et son implémentation dans le contexte de la recherche de matière noire et sources variables dans la region du Centre Galactique. L'étudiant(e) sera impliqué(e) dans la prise de données et la sélection des observations H.E.S.S.

 

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