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Doctorant en astrophysique (H/F)

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

Date Limite Candidature : jeudi 29 juin 2023

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Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorant en astrophysique (H/F)
Référence : UMR5274-EVEALE-001
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : GRENOBLE
Date de publication : vendredi 31 mars 2023
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2023
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel
Section(s) CN : Système solaire et univers lointain

Description du sujet de thèse

Titre : Caractérisation des champs magnétiques des protoétoiles de classe I et FS

Thématiques :
Protoétoiles ; Physique stellaire ; Magnétisme stellaire ; Spectropolarimétrie ; Tomographie stellaire

Résumé :
Le magnétisme joue un rôle important dans la formation stellaire, en contrôlant la multiplicité des étoiles, la formation du disque (et donc des planètes), l'évolution de la rotation, et l'évolution protostellaire. Alors que le magnétisme a été intensément exploré dans les phases pré- et protostellaires de la formation stellaire, on sait très peu de choses sur le magnétisme des protoétoiles. Le projet de thèse proposé a pour but de compléter ce manque en analysant un jeu de données spectropolarimétriques proche-infrarouge obtenu avec le nouvel instrument SPIRou (installé sur le télescope Canada-France-Hawaï). L'étudiant aura accès à un ensemble de routines numériques d'analyse qu'il devra adapter aux spécificités observationnelles des protoétoiles. Il pourra alors caractériser pour la première fois les champs magnétiques des protoétoiles, les comparer aux modèles développés au sein de la collaboration ANR PROMETHEE, et ainsi conclure sur l'origine et l'impact des champs magnétique protostellaires.

Contexte :
Pendant la formation stellaire, depuis l'effondrement du nuage moléculaire, jusqu'à l'étoile séquence-principale nouvellement formée, il est nécessaire d'extraire une grande quantité de champ magnétique et de moment cinétique. Sinon, seules des étoiles très massives se formeraient, et les planètes n'existeraient pas. Même après leur formation, les étoiles doivent continuer à perdre du moment cinétique afin d'expliquer les taux de rotation (du Soleil et des autres étoiles) que l'on observe. Le champ magnétique est connu pour jouer un rôle important dans la régulation de ce moment cinétique. Cela a été intensément étudié pour deux des trois phases de la formation stellaire : la phase d'effondrement (CC pour « core-collapse » en anglais), et la phase pré-séquence principale (PMS pour « pre-main-sequence » en anglais). La phase protostellaire (entre les phases CC et PMS) a quant à elle été très peu explorée.
En effet, pendant la phase d'effondrement du nuage moléculaire, des modèles développés récemment permettent maintenant de suivre le champ magnétique et son évolution depuis la phase CC jusqu'à la protoétoile nouvellement née (Vaytet et al. 2018). Des observations millimétriques d'objets pré- et protostellaires ont permis de mesurer les flux magnétiques dans les enveloppes et de contraindre ces modèles. De l'autre côté, pendant la dernière phase de formation stellaire (phase PMS), les propriétés magnétiques des étoiles T Tauri sont maintenant bien contraintes (Villebrun et al. 2009, Nicholson et al. 2021). Les propriétés magnétiques des protoétoiles nouvellement nées, héritées de la phase CC, sont par contre inconnues. Comment est-ce qu'ils affectent l'évolution protostellaire, et comment est-ce qu'ils évoluent pendant les phases protostellaires et PMS, sont des questions fondamentales, encore ouvertes (Donati et al. 2008; Moss 2003, Alecian et al. 2019).

Pour combler ce manque, nous menons une étude observationnelle, dédiée aux propriétés magnétiques d'un large échantillon de protoétoiles (objets de classe I et FS) avec l'instrument français SPIRou récemment installé au Télescope Canada France Hawaï (CFHT). SPIRou est un spectropolarimètre à haute-résolution observant dans le domaine infrarouge proche. Notre programme a pour but de détecter pour la première fois les champs magnétiques des protoétoiles, et de caractériser ceux détectés (i.e. déterminer leur topologie et intensité). Des observations complémentaires seront obtenues pour des sources de l'hémisphère Sud avec un instrument similaire, CRIRES+ installé sur un VLT (Very Large Telescope, ESO).

Le projet PROMETHEE :
Caractériser le champ magnétique pendant la phase protostellaire est un des objectifs principaux du projet PROMETHEE (Protostellar Magnetism : Heritage vs Evolution), sélectionné par l'Agence Nationale de Recherche (ANR) et qui a débuté en février 2023. Ce projet a pour but d'explorer l'origine et l'impact du champ magnétique protostellaire. Dans ce but nous déterminerons pour la première fois les propriétés observationnelles des champs magnétiques des protoétoiles. Nous les confronterons ensuite aux modèles d'accrétion/éjection développés par nos collègues de l'IPAG, mais aussi à de nouveaux modèles magnétohydrodynamique (MHD) en 3D des processus dynamo dans les protoétoiles, développés par nos partenaires PROMETHEE à Paris et Lyon.
Des données SPIRou d'une douzaine de protoétoiles ont été récemment obtenues au sein du projet. Une analyse préliminaire a révélé des champs magnétiques dans cinq sources. Ces premiers résultats sont conformes à nos attentes, et donc très prometteurs pour la suite du projet. D'autres données sont en cours d'acquisition afin de détecter davantage de sources magnétiques, tandis que de nouvelles données ont été demandées aux télescopes afin d'obtenir des suivis temporels des sources magnétiques, nécessaires pour cartographier les champs magnétiques.

Objectifs de la thèse et méthodologie :
La thèse proposée se focalisera sur l'étude des données spectropolarimétriques infrarouge avec SPIRou et CRIRES+ au sein du projet PROMETHEE. Les objectifs sont les suivants :
- Produire des cartes magnétiques de la surface des protoétoiles, et estimer les intensités et topologie des champs magnétiques à grande échelle, à l'aide de la technique d'imagerie Zeeman Doppler (ZDI, Kochukhov et al. 2013,2016).
- Déterminer les limites de champs magnétiques à grande échelle dans les sources pour lesquelles un champ magnétique n'a pas été détecté (Villebrun et al. 2019).
- Déterminer les flux magnétiques à la surface des étoiles grâce à l'effet Zeeman dans certaines raies spectrales des spectres Stokes I (Kochukhov et al. 2020b).
- Comparer les résultats aux modèles de dynamo développés au sein du projet PROMETHEE, et conclure sur l'origine des champs magnétiques des protoétoiles.

L'étudiant aura accès à des codes déjà développé pour l'analyse et la modélisation des données, mais devra les adapter pour les spécificités observationnelles des protoétoiles. Les routines sont codées dans de nombreux langages, incluant le fortran, c++, python, et IDL. L'étudiant devra en transcrire certains en python pour les rendre disponibles à une communauté scientifique plus large. Il devra enfin développer un pipeline en python permettant une analyse fluide et semi-automatique des données SPIRou et CRIRES+ pour les protoétoiles afin d'optimiser l'analyse de l'échantillon observé.

Plus d'informations :
- L'instrument SPIRou : https://spirou.omp.eu/
- L'instrument CRIRES+ : https://www.eso.org/public/teles-instr/paranal-observatory/vlt/vlt-instr/crires+/
- Le projet PROMETHEE : https://promethee-anr.github.io
- La technique ZDI : https://www.astro.uu.se/~oleg/di_mag.html
- Le responsable scientifique : https://promethee-anr.github.io/#Team
- Le "co-encadrant" : https://www.astro.uu.se/~oleg/
- L'IPAG : https://ipag.osug.fr/?lang=en
- L'équipe ODYSSey : https://ipag.osug.fr/english/research/research-teams/odyssey
- L'école doctorale de physique de l'UGA : https://doctorat.univ-grenoble-alpes.fr/doctoral-college/doctoral-schools


Bibliographie :
Bouvier, J. ; 2017, MmSAI 88, 587
Frank, A. ; 2014, Protostars & Planets VI, 451
Kochukhov, O. ; et al. ; 2013, A&A 2526, A550
Kochukhov, 0. ; et al. ; 2016, LNP 914, 177
Nicholson, B. A. ; Hussain, G. ; et al. ; 2021, MNRAS 504, 2461
Vaytet, N. ; Commerçon, B. ; et al. ; 2018, A&A 615, A5
Villebrun, F. ; Alecian, E. ; et al. ; 2019, A&A 622, A72
Wurster, J. ; Li, Z.-Y. ; 2018, FrASS 5, 39

Contexte de travail

Le projet sera supervisé par Evelyne Alecian , experte dans les champs magnétiques stellaires des objets jeunes et/ou massifs.
Le travail d'analyse des données ainsi que l'obtention d'une partie des observations CRIRES+ se fera en collaboration avec Oleg Kochukhov (Univ. Uppsala, Suède), expert en ZDI, et analyses magnétiques d'objets stellaires. Dans ce but l'étudiant sera amené à effectuer plusieurs séjours de quelques semaines à l'Université d'Uppsala.
L'étudiant profitera de son intégration dans la collaboration PROMETHEE, grâce à des réunions et des échanges réguliers avec des experts en magnétisme stellaire, en formation stellaire, et en interaction magnétique étoile-environnement d'objets jeunes. Il fera aussi partie de l'équipe ODYSSey spécialiste de la recherche en formation stellaire de l'Observatoire de Grenoble, très active dans l'analyse observationnelle d'objets jeunes, et accueillant de nombreux étudiants et post-docs. L'institut IPAG dans lequel l'étudiant sera accueilli est un des plus gros laboratoires de recherche en astrophysique de France avec une renommée mondiale dans différents domaines astrophysiques allant de la planétologie, aux AGN, en passant par le milieu interstellaire, les objets compacts, les exoplanètes et les objets stellaire jeunes.
L'étudiant bénéficiera d'un contrat doctoral CNRS de trois ans, et devra s'inscrire annuellement à l'école doctorale de physique de l'Université Grenoble Alpes (frais d'inscriptions annuels ~400 euros). L'étudiant aura la possibilité d'effectuer des enseignements au sein de l'UGA s'il le souhaite.

Contraintes et risques

Potentielles missions d'observations dans des observatoires internationaux à haute altitude (>2500 m)

Informations complémentaires

Formation requise : Master 2 en astrophysique

Compétences requises :
- Connaissances solides en physique stellaire, en spectroscopie, et en mécanique quantique
- Programmation (python de préférence)
- Anglais correct
- Esprit ouvert et curieux