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Estimation of carbon-14 excesses from galactic supernovae

Spécialité

Astrophysique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

26/07/2023

Durée

3 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

STOLARCZYK Thierry
+33 1 69 08 78 12

Résumé/Summary
Le stage se déroule dans le contexte du projet CHASCA dont le but est de rechercher des excès de 14C issus de supernovæ répertoriées dans les écrits historiques à partir de cernes échantillonnés dans des cyprès de Patagonie. Le travail consiste à établir l’ordre de grandeur du signal attendu à partir de simulations numériques.
The internship takes place in the context of the CHASCA project, the aim of which is to search for an excess of 14C from supernovae listed in historical writings from tree rings sampled in Patagonian cypresses. The work consists in establishing the order of magnitude of the expected signal from numerical simulations
Sujet détaillé/Full description
Les atomes de 14C radioactifs (demi-vie de 5730 ans) sont produits de façon continue à l’interface troposphère-stratosphère lors l’interaction des particules du rayonnement cosmique. Ils sont absorbés sous forme de CO2 par les océans ou par la végétation lors de la photosynthèse.
La teneur en 14C dans l’atmosphère varie avec l’activité solaire qui influe sur le bouclier géomagnétique, et avec les fluctuations climatiques qui modifient les échanges entre les réservoirs carbonés de la Terre. En plus de ces fluctuations, des événements solaires violents (SPE, Solar particle Event) émettant des protons à haute énergie, peuvent produire des excès significatifs dont certains sont repérés depuis une dizaine d’années dans les cernes annuels des arbres, grâce à l’améliorations des techniques de mesure du 14C.
Certains excès pourraient également être attribués à l’explosion d’étoiles proches en fin de vie, des supernovæ galactiques. Leur identification et leur caractérisation donne la possibilité de contraindre le flux de rayons gamma de haute énergie (> MeV) émis lors de ces événements, un phénomène jamais observé jusqu’à aujourd’hui.

Le stage se déroule dans le contexte du projet CHASCA dont le but est de rechercher la trace de supernovæ répertoriées dans les écrits historiques à partir de cernes échantillonnés dans des cyprès de Patagonie. Le travail consiste à établir l’ordre de grandeur du signal attendu à partir de :
- flux de rayons gamma de Supernovæ publiés sous la forme de modèles analytiques;
- la simulation de la production par le rayonnement cosmique de neutrons de spallations dans l’atmosphère qui, capturés par le 14N, produisent le 14C ;
- la modélisation de l’absorption du CO2 en utilisant des modèles simplifiés d’échange atmosphérique (carbon-box model).
Radioactive 14C atoms (half-life 5730 years) are continuously produced at the troposphere-stratosphere interface during the interaction of cosmic ray particles. They are absorbed in the form of CO2 by the oceans or by vegetation during photosynthesis.
The 14C content in the atmosphere varies with solar activity that influences the geomagnetic shield, and with climatic fluctuations that modify the exchanges between the carbon reservoirs of the Earth. In addition to these fluctuations, violent solar events (SPE, Solar particle Event) emitting high-energy protons can produce significant excesses, some of which have been detected since ten years in the annual rings of trees, thanks to the improvements in 14C measurement techniques.
Some excesses could also be attributed to the explosion of nearby stars at the end of their life, galactic supernovae. Their identification and characterization gives the possibility of constraining the flux of high-energy gamma rays (> MeV) emitted during these events, a phenomenon never observed until today.

The internship takes place in the context of the CHASCA project, the aim of which is to search for traces of supernovae listed in historical writings from tree rings sampled in Patagonian cypresses. The work consists in establishing the order of magnitude of the expected signal from:
- Supernovae gamma-ray fluxes published as analytical models;
- Simulation of the production by cosmic radiation of spallation neutrons in the atmosphere which, captured by 14N, produce 14C;
- modeling of CO2 absorption using simplified models of atmospheric exchange (carbon-box model).
Mots clés/Keywords
Carbone-14, Supernova, activités solaires, atmosphère
Radiocarbon, Supernova, solar activity, atmosphere
Compétences/Skills
Analyse numérique - Simulation numérique
Numerical Analysis - Numerical simulation
Logiciels
Python

 

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