Description du sujet de thèse

L'origine des rayons cosmiques constitue un des grands mystères non résolus de notre compréhension de l'Univers. Le principal défi réside dans le fait que, étant chargés, ces particules sont déviées au cours de leur trajet entre leur accélérateur naturel et la Terre. Il existe toutefois un moyen indirect d'étudier les sites d'accélération : partout où un rayon cosmique est accéléré à haute énergie, il interagit inévitablement avec son environnement, produisant des photons et des neutrinos. Ces sous-produits voyagent le long des géodésiques et permettent ainsi d'identifier directement les lieux d'accélération de particules dans l'Univers. Si les observations de photons sont souvent ambiguës, les neutrinos représentent une véritable signature irréfutable de l'accélération de rayons cosmiques dans les objets astrophysiques. Cette fenêtre indirecte sur les accélérateurs naturels de particules a enfin été ouverte grâce au développement de l’astronomie des neutrinos et aux premières campagnes d’observation multi-messagers. Nous avons désormais accumulé plusieurs indices (au niveau de 3 à 4 sigmas) d’émission de neutrinos par des noyaux actifs de galaxies, la manifestation observable de l’accrétion sur des trous noirs supermassifs, mais il nous manque encore des détections sans ambiguïté au-delà de 5 sigmas. Les télescopes gamma et neutrino de nouvelle génération sont déjà en construction : ils vont considérablement améliorer nos capacités d’observation, nous permettant d’entrer pleinement dans l’ère multi-messager.
Les activités du doctorant ou de la doctorante incluront :
* Le développement d'algorithmes d'ajustement de données multi-longueur-d'-
onde et multi-messagers
* L’analyse des données au TeV des télescopes CTAO
* Le développement collaboratif de logiciels au sein de Gammapy
* La modélisation numérique des émissions radiatives
* Le travail collaboratif au sein de la Collaboration CTAO
* La participation à des voyages de recherche, des ateliers et des conférences
* La publication des résultats de recherche

Contexte de travail

Le laboratoire APC est un centre de premier plan pour l'astronomie multi-messagers situé à Paris, en France. Le/la candidat(e) sélectionné(e) aura l'opportunité de
collaborer avec des équipes travaillant sur les neutrinos (KM3NET), les rayons X
(SVOM), les ondes gravitationnelles (VIRGO), ainsi qu'avec des groupes de théorie, de cosmologie et de physique des particules. Des opportunités de collaboration avec d'autres groupes de recherche sur les rayons gamma à Paris, notamment l'Observatoire de Paris, seront disponibles.
Le/la doctorant(e) rejoindra le projet de recherche COCOA-NuGETs, financé par
l’ANR (COnstraints on COsmic-ray Acceleration by Neutrino and Gamma-ray observations of Extragalactic TargetS, voir https://anr.fr/fr/rechercher-sur-
anrfr/?q=COCOA+NuGETs&id=1817&L=0), qui s’appuie sur ces premiers résultats multi-messagers et prépare la science précoce de l’observatoire CTAO (Cherenkov Telescope Array Observatory). Cette thèse est centrée sur le développement et l’application de méthodologies d’analyse innovantes exploitant la synergie des observations gamma et neutrinos pour localiser les sites d’accélération des rayons cosmiques dans l’Univers. Le/la doctorant(e) travaillera sur deux volets complémentaires : d’une part, il/elle contribuera à l’implémentation d’algorithmes avancés d’ajustement multi-longueurs d’onde et multi-messagers dans le cadre du logiciel Gammapy, permettant une analyse conjointe et une modélisation cohérente des données gamma et neutrinos. Cela offrira une base robuste pour l’interprétation des observations dans un cadre astrophysique unifié, et produira des contraintes statistiquement solides sur les paramètres des modèles, et donc sur les propriétés physiques des accélérateurs de rayons cosmiques ; d’autre part, il/elle analysera les premières données fournies par l’antenne nord du CTAO afin d’identifier et de caractériser les systèmes à trous noirs émetteurs de neutrinos en appliquant les outils développés dans la première partie.

Contraintes et risques

Pas de contraintes ou risques particuliers.
De courtes périodes de déplacement en France et à l'étranger peuvent être nécessaires.