Les sujets de thèses

3 sujets IRFU

Dernière mise à jour :


««

• Astroparticules

 

Détection directe de matière noire par conversion magnétique d’axions avec un détecteur hyperfréquence

SL-DRF-23-0326

Domaine de recherche : Astroparticules
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique des Particules (DPHP)

Groupe Astroparticules (GAP)

Saclay

Contact :

Pierre BRUN

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-09-2023

Contact :

Pierre BRUN
CEA - DRF/IRFU/DPhP

4264

Directeur de thèse :

Pierre BRUN
CEA - DRF/IRFU/DPhP

4264

Page perso : irfu.cea.fr/pisp/pierre.brun

Labo : https://irfu.cea.fr/dphp/index.php

Les axions sont des particules hypothétiques, apparaissant dans des extensions du modèle standard. Ils ont été introduits pour expliquer l’absence de violation de CP dans les interactions fortes. Il constituent par ailleurs un excellent candidat à la matière noire. En présence d’un champ magnétique intense les axions présents dans une expérience de laboratoire pourraient se convertir en ondes radiofréquences, détectables à l’aide d’un radiomètre. Une telle expérience est en cours de montage au CEA Saclay. Le travail de thèse consistera dans un premier temps à développer le radiomètre et à exploiter des bancs de mesures pour en déterminer précisément la sensibilité au signal d’axion, et en optimiser les performances. Dans un second temps, il s’agira de participer à l’étalonnage de l’expérience, de participer aux prises de données et aux analyses de données en vue de produire des contraintes sur les paramètres décrivant les axions.
Etude du Centre Galactique et recherche de matière noire en rayons gamma de très hautes énergies avec H.E.S.S. et perspectives pour CTA

SL-DRF-23-0137

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 : 01-10-2023

Contact :

Emmanuel MOULIN
CEA - DRF

01 69 08 29 60

Directeur de thèse :

Emmanuel MOULIN
CEA - DRF

01 69 08 29 60

Les observations en rayons gamma de très hautes énergies (THE, E>100 GeV) sont cruciales pour la compréhension des phénomènes non-thermiques les plus violents à l’œuvre dans l’Univers. La région du centre de la Voie Lactée est une région complexe et active en rayons gamma de THE. Parmi les sources gamma de THE se trouvent le trou noir supermassif Sagittarius A* au coeur de la Galaxie, des vestiges de supernova ou encore des régions de formation d'étoiles. L'émission diffuse détectée par les télescopes H.E.S.S. a permis de détecter le premier « Pevatron » Galactique - un accélérateur cosmique jusqu'à des énergies du PeV. La région du Centre Galactique abrite la base de bulles de Fermi - structures bipolaires s'étendant sur des dizaines de degrés, en lien possible avec une période d'activité passée de Sagittarius A*. La région du Centre Galactique devrait être aussi a source la plus brillante d’annihilations de particules de matière noire en rayons gamma de THE.

L'observatoire H.E.S.S. situé en Namibie est composé de cinq télescopes imageurs à effet Cherenkov atmosphérique. Il est conçu pour détecter des rayons gamma de quelques dizaines de GeV à plusieurs dizaines de TeV. La région du Centre Galactique est observée par H.E.S.S. depuis vingt ans. Ces observations ont permis de détecter le premier Pevatron Galactique et de poser les contraintes les plus fortes à ce jour sur la section efficace d'annihilation de particules de matière noire dans la plage en masse du TeV.

Le travail proposé se concentrera sur l'analyse et l'interprétation de l’ensemble des observations H.E.S.S. conduites dans la région du Centre Galactique vingt ans. La première partie du travail sera dédiée à l’analyse bas niveau des données et à l’étude des erreurs systématiques dans le jeu de données massif. Dans une deuxième partie, l’étudiant(e) combinera l'ensemble des données obtenues lors la phase 1 et le phase 2 de H.E.S.S. pour rechercher des émissions diffuses et des signaux de matière noire à l’aide d'une technique d'ajustement multi-composante. La troisième partie consistera à développer et implémenter une nouvelle méthode d’analyse utilisant les réseaux de neurones Bayesiens pour la recherche de nouvelles émissions astrophysiques dans le centre Galactique avec H.E.S.S. et étudier le potentiel de détection avec CTA. L’étudiant(e) sera amené(e) à prendre part à la prise de données avec les télescopes H.E.S.S.
Recherche de contreparties aux ondes gravitationnelles avec H.E.S.S. et CTA

SL-DRF-23-0066

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 : 01-10-2023

Contact :

Fabian Schussler
CEA - DRF/IRFU

+33169083020

Directeur de thèse :

Fabian Schussler
CEA - DRF/IRFU

+33169083020

Page perso : https://www.multimessenger-astronomy.com/

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

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

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'un an d'observations par les interféromètres OG (appelée O4) est prévue de débuter en printemps 2023. 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);

 

Retour en haut