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Doctorant en Simulations numériques hybrides de magnétosphères relativistes H/F

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : samedi 22 mai 2021

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Informations générales

Référence : UMR5274-CLADUP-011
Lieu de travail : GRENOBLE
Date de publication : samedi 1 mai 2021
Nom du responsable scientifique : Benoit Cerutti
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

L'objectif de la thèse est de développer une méthode magnétohydrodynamique (MHD) dite sans-force, beaucoup moins coûteuse et valide dans la plupart de la magnétosphère, couplée à la méthode PIC. Ce schéma numérique hybride optimise l'utilisation de la méthode PIC seulement dans les zones qui s'écartent de la MHD idéale et où les particules sont accélérées, permettant ainsi de réaliser des simulations multi-échelles plus réalistes des plasmas relativistes astrophysiques.
La première application astrophysique pour validation de cette approche se concentrera sur la magnétosphère d'un pulsar aligné dans une métrique plane. Le code sera ensuite généralisé à une métrique de Kerr en utilisant le formalisme 3+1 de la relativité générale pour application à une magnétosphère de trou noir en rotation rapide. Ce travail s'inscrira dans les efforts de l'équipe à l'IPAG regroupé autour du projet ERC SPAWN financé par l'Europe, qui vise à mieux comprendre l'origine de l'accélération de particules au voisinage immédiat des trous noirs supermassifs. Le thèse sera dirigée et encadrée par Benoît Cerutti, chercheur au CNRS à l'IPAG, expert des magnétosphères relativistes et créateur du code PIC Zeltron.

Contexte de travail

IPAG est une Unité Mixte de Recherche de 150 personnes sous la tutelle du CNRS et de l'Université Grenoble Alpes. L'IPAG fournira toutes les ressources nécessaires (bureau, poste de travail, environnement scientifique) pour mener à bien ce travail au sein de la dynamique équipe SPAWN.
Les étoiles à neutrons et les trous noirs sont à l'origine de nombreux phénomènes astrophysiques de haute énergie, comme les pulsars, les noyaux actifs de galaxies, ou encore les sursauts gamma. Plusieurs indices observationnels et théoriques laissent à penser qu'une accélération de particules très efficace a lieu dans l'environnement proche et magnétisé de ces étoiles compactes (la magnétosphère). La première image de l'ombre du trou noir supermassif M87* en est une des plus belles illustrations récentes. L'étude des magnétosphères relativistes permet de sonder la physique poussée dans des régimes extrêmes et non reproductibles en laboratoire, qui se trouvent à la confluence entre la physique des plasmas, l'électrodynamique quantique et la relativité générale. L'utilisation de simulations numériques et du calcul de haute performance permettent aujourd'hui de reproduire ces conditions physiques à un degré de détail inégalé. L'équipe de recherche à l'IPAG a développé un code numérique corpusculaire, le code particle-in-cell (PIC) Zeltron, pour modéliser tout type de plasma relativiste à une échelle cinétique. Le code a été récemment mis à jour pour y inclure les effets radiatifs et une métrique arbitraire. La méthode PIC a l'avantage de modéliser tous les effets plasmas ab-initio, mais elle a l'inconvénient d'être très coûteuse en temps de calcul réduisant ainsi les échelles physiques accessibles à la simulation.

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