Description du sujet de thèse

Titre : Détection et analyses multi-messagers des neutrinos de haute énergie en coïncidence avec des sursauts radio rapides (FRB) sur le télescope KM3NeT

L'équipe neutrino du laboratoire de recherche Subatech à Nantes propose un projet de recherche en astronomie multi-messagers, centré sur l’étude des phénomènes transitoires comme les sursauts radio rapides (FRB), associés potentiellement à l’émission de neutrinos de haute énergie. Ces recherches s’appuient sur les télescopes à neutrinos comme KM3NeT, composé de deux détecteurs : ORCA (basses énergies) et ARCA (hautes énergies).
Depuis 2022, une autre thèse au sein du groupe a été consacrée à la recherche de neutrinos en coïncidence avec les FRB, aboutissant à des analyses méthodologiques et des premières limites de flux détectables. Un travail futur d’analyse statistique sur plus de 900 FRB est prévu.
Le projet de nouvelle thèse poursuivra ces travaux en affinant les analyses, en différenciant les sous-populations de FRB (répéteurs ou non, galactiques ou extragalactiques) et les types d’événements neutrinos. Il s’agira d’adapter et d’améliorer les outils existants pour un détecteur devenu plus sensible et pour des catalogues de sources en expansion.
Les résultats attendus incluent :
- une meilleure compréhension des modèles d’émission radio et neutrinos des FRB
- des analyses actualisées avec plus de sources et de données
- la mise en place d’outils permettant de suivre la croissance future du détecteur
- l’établissement de limites de flux ou, idéalement, la première détection d’une association radio-neutrino
- une contribution aux alertes et suivis multi-messagers

Contexte de travail

Finalités et “Science Drivers” - L’astronomie multi-messagers des phénomènes transitoires est actuellement un domaine en très fort développement dans les disciplines liées à l'étude et à la compréhension de l'Univers.
L'observation concomitante en 2017 de contreparties électromagnétiques (visible, X, gamma) aux ondes gravitationnelles associées à la fusion de deux étoiles à neutrons et, un peu plus récemment, l'identification de neutrinos de haute énergie associés à des signaux électromagnétiques (radio, X, gamma) en provenance d'un
noyau actif de galaxie connu en sont les actualités les plus démonstratives. Ces observations combinent tous les messagers issus d’une même source astrophysique, comme les ondes électromagnétiques (radio, visible, jusqu’aux plus hautes énergies des rayons X), les ondes gravitationnelles, mais aussi sous la forme de particules (gamma, rayons cosmiques, neutrinos). Durant ces phénomènes cataclysmiques parmi les plus violents de l’Univers, des quantités extraordinaires d'énergie sont relâchées pendant des durées très courtes. Parmi les sources potentielles de ces phénomènes, on trouve entre autres les sursauts gamma (Gamma Ray Burst - GRB), les blazars (classe de galaxies à noyau actif - AGN), les magnetars (étoiles à neutrons ultra-magnétisées) et les sursauts radio rapides (Fast Radio Burst - FRB). Tous ces objets sont considérés comme de possibles accélérateurs cosmiques et donc sources de rayons cosmiques d’ultra-haute énergie, eux-mêmes à l'origine de neutrinos de très haute énergie. Contribuer à de telles observations multi-messagers est un des objectifs majeurs des télescopes à neutrinos existant comme IceCube, ou en cours de construction comme KM3NeT. Les observations multi-messagers sont par ailleurs le seul moyen d’identifier les sources de neutrinos de haute énergie (mais c’est aussi la plupart du temps le cas pour comprendre l’origine d’autres messagers comme les ondes gravitationnelles ou les gamma), et sont donc indispensables à cette physique. La seule observation d’un neutrino astrophysique, aussi énergétique soit-il, n’apporte strictement rien si sa source n’est pas identifiée, ce qui requiert absolument l’utilisation de données, simultanément ou pas, en provenance d’autres instruments.

Le/la candidat(e) devra être titulaire d'un Master 2 ou équivalent en Physique
- Un bon niveau d'anglais est requis.
- Bonnes compétences en matière de communication et de rédaction en anglais
- Capacité de travailler à la fois de manière indépendante et en collaboration dans un environnement d'équipe international.

Contraintes et risques

- monitorage de l'état du détecteur et de la qualité des données pendant 1-2 semaines par an (en ligne)
- suivi des formation requises par l'école doctorale (éthique de la recherche, données ouvertes, etc.)