Description du sujet de thèse

L’astronomie γ de très haute énergie est sur le point de connaître un nouvel avancement majeur avec l’arrivée de CTA (Cherenkov Telescope Array). La thèse proposée comportera deux grands axes complémentaires : une partie instrumentation et développement de software, lié à la caméra NectarCAM, et une partie sur le développement d’outils d’analyse dédiés aux sources étendues, de la taille du champ de vue de CTA, avec le challenge que cela implique en termes de réjection du bruit de fond.
Concernant la partie instrumentation, le LP2iB est impliqué dans la réalisation, la calibration et la mise en service de NectarCAM, un des types de caméra qui équipera les 9 télescopes de taille moyenne de CTA sur le site de l’hémisphère Nord, à La Palma. La première caméra se trouve actuellement en chambre noire au CEA (Paris-Saclay). Le LP2iB est chargé de coordonner les éléments du software bas niveau qui seront à terme en partie intégrés au pipeline général de calibration et d'analyse des données de CTA. L’étudiant(e) gagnera en expertise sur les problématiques liées à la calibration de la caméra et à la caractérisation de la qualité des données, et contribuera au développement du software dédié nectarchain. Cette connaissance est indispensable à la compréhension du fonctionnement de l'instrument. L'étudiant(e) participera à la mise en service des NectarCAM sur site et à l’analyse des premières données.
La partie scientifique a pour sujet d’étude les sources étendues, pour lesquelles les télescopes Cherenkov H.E.S.S. et CTA ne sont nativement pas conçus pour être performants. En effet, avec leur excellente résolution angulaire, ils sont sensibles aux sources ponctuelles ou légèrement étendues (quelques dixièmes de degrés) pour lesquelles on va résoudre des détails de structure. En revanche dans le cas de sources très étendues (plusieurs degrés), dont l'émission est diffuse, et à faible brillance de surface, le développement d’outils d’analyse dédiés est indispensable. Le point critique est la modélisation du fond astrophysique, pour extraire le signal. Pour cela on peut optimiser les approches classiques, mais aussi explorer une approche faisant appel aux méthodes d'intelligence artificielle. Cela serait une bonne opportunité pour créer des collaborations avec d’autres équipes de laboratoires bordelais (IMS, Labri) spécialisés en traitement du signal et en science des données. Ces algorithmes seront testés et validés sur des données de l’instrument H.E.S.S., dans lesquelles il est certain qu’il reste des sources de ce type à découvrir.
Parmi les sources très étendues, sont ciblés les halos γ autour de pulsars, parce qu’on assiste à l'injection, dans le milieu interstellaire, de rayons cosmiques, dont l’étude permet d’améliorer notre compréhension de notre galaxie. Ces halos seraient l’état avancé d’une nébuleuse de vent de pulsar (≳ 105 ans) et des coefficients de diffusion très faibles y ont été mesurés, mais il n'est pas encore clair s'il s'agit du destin de tous les pulsars, ni quelle est leur contribution à la population de rayons cosmiques de la galaxie. Le premier halo de pulsar a été détecté il y a quelques années par l'observatoire HAWC et depuis, seulement une poignée de candidats a été proposée. Une étude récente montre que les halos de pulsar pourraient être une fraction non négligeable des sources de rayons γ au TeV, et plusieurs dizaines seraient accessibles à CTA. Mais des algorithmes dédiés seront nécessaires pour les détecter et pour en extraire tous les paramètres physiques utiles à la compréhension de ces objets et du milieu dans lequel ils se trouvent, parce que les performances de CTA, au contraire de HAWC, ne sont pas optimisées pour ce type d'objet. En dehors de notre galaxie, un autre type de halo, les halos de paires e+/e- autour de blazars, encore non détectés jusqu'à présent, bénéficieraient également de ces algorithmes. Ils sont très prometteurs pour contraindre le champ magnétique intergalactique. Bien que cela sera un vrai challenge, CTA pourrait avoir la sensibilité d'en détecter dans certaines conditions, par exemple autour de M87. Enfin ce même type d'étude pourrait être appliqué à des régions de formation d’étoiles, des nuages moléculaires qui, bombardés par une source de rayons cosmiques rayonnent en γ, et pourquoi pas aux bulles de Fermi.

Contexte de travail

Le doctorant sera intégré au sein du groupe Astroparticules du LP2iB dont les activités se concentrent autour de l’étude des sources galactiques émettrices de rayonnement haute énergie à travers les instruments Fermi, Hess, CTA et SWGO.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.