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Doctorant en exploration des corrélations entre baryons et champ gravitationnel dans l'Univers local (H/F)

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

Date Limite Candidature : mardi 28 juin 2022

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Informations générales

Référence : UMR7550-RODIBA-008
Lieu de travail : STRASBOURG
Date de publication : mardi 7 juin 2022
Nom du responsable scientifique : Benoit Famaey
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Le modèle standard de la formation des structures lambda cold dark matter (LCDM) permet de décrire avec succès la structure à grande échelle de l'Univers, mais il fait face à des tensions à l'échelle des galaxies et nécessite d'ajouter des degrés de liberté à la relativité générale, à savoir la matière noire et l'énergie noire. Pour résoudre les tensions rencontrées à l'échelle des galaxies, il est possible d'invoquer la physique des baryons au sein du modèle LCDM. Toutefois, l'absence de détection des particules de matière noire et la nécessité d'accommoder la gravité en ajoutant une constante cosmologique laissent envisager des changements plus fondamentaux, comme les théories de gravité modifiée [1]. Une corrélation univoque entre la distribution des baryons et le champ gravitationnel serait un signe possible de la gravité modifiée à l'échelle des galaxies, dans la mesure où le champ gravitationnel dans le cadre standard devrait être dominé par l'influence de la matière noire et non des baryons.

Dans les années 2000, Renzo Sancisi a notamment mis en évidence en analysant minutieusement des courbes de rotation de galaxies de l'Univers local que chaque élément visible de ces galaxies semble se refléter dans la cinématique observée [2]. Cela peut s'expliquer soit par une prédominance de la matière lumineuse, ce qui nécessiterait une théorie de gravité modifiée pour expliquer les observations, soit par un couplage étroit entre la matière lumineuse et la matière noire, ce qui serait un défi pour le paradigme LCDM. Cependant, il est également possible que la corrélation observée provienne du caractère non-axisymétrique des baryons, de la contraction adiabatique, ou de la non-sphéricité des halos de matière noire. Ces possibilités n'ont pas encore été explorées en détail, notamment parce que la modélisation des non-axisymétries est complexe. L'étudiant commencera par prendre en compte ces non-axisymétries dans la modélisation de la dynamique des champs de vitesses bidimensionnels des galaxies, tant dans les simulations que dans les observations.
Les simulations seront réalisées dans le cadre standard et en gravité modifiée, et elles seront utilisées pour entraîner des algorithmes d'apprentissage machine pour vérifier directement l'importance de la corrélation entre la cinématique observée et la distribution des baryons. La confirmation de la “règle de Renzo” aurait d'importantes implications pour notre compréhension de la cosmologie, car elle impliquerait une interaction baryons-matière noire plus forte que celle prédite dans le cadre du paradigme LCDM voire pointerait vers la nécessité d'une modification de la gravité.
Pour tester la gravité modifiée dans l'Univers local, il est par ailleurs nécessaire de bien prendre en compte l'effet des forces de marée sur les galaxies. Cela pourrait atténuer les tensions mises en évidence dans les environnements denses entre les prédictions de gravité modifiée et les observations [3]. Par conséquent, l'étudiant concevra, exécutera, et analysera également des simulations à N corps de galaxies satellites dans le potentiel gravitationnel d'un amas de galaxies tant dans le cadre de la gravité modifiée que dans le cadre standard LCDM afin de caractériser en détail l'effet des forces de marée, et comparera les résultats obtenus dans les deux cadres avec les observations. Ces simulations utiliseront le code numérique RAMSES, et son patch de gravité modifiée [4].
[1] Famaey B. & McGaugh S., 2012, Living Reviews in Relativity, 15, 10
[2] Sancisi R., 2004, IAU Proceedings, 220, 233
[3] Freundlich J., Famaey B. et al., 2022, A&A, 658, 26
[4] Lüghausen F.,, Famaey B., & Kroupa P., 2015, Canadian Journal of Physics, 93, 232

Contexte de travail

Un contrat de trois ans de thèse CNRS est proposé au sein de l'équipe GALHECOS de l'Observatoire astronomique de Strasbourg, au sein de la collaboration GreatDigInTheSky (PI: Rodrigo Ibata), et co-encadrée par Jonathan Freundlich et Benoit Famaey.

L'Observatoire astronomique de Strasbourg (ObAS) est un Observatoire des Sciences de l'Univers (OSU), une école interne (art. L713-9 du Code de l'Education) de l'Université de Strasbourg (Unistra), ainsi qu'une Unité Mixte de Recherche (UMR 7550) entre l'Université de Strasbourg et le CNRS.
Son statut d'OSU (voir décret n°85-657 du 27 juin 1985) place l'ObAS au cœur du dispositif national mis en œuvre par l'INSU. Il héberge deux Services Nationaux d'Observation (SNO) : le Survey Science Centre d'XMM-Newton (SSC-XMM) et le Centre de Données astronomiques de Strasbourg (CDS), par ailleurs labellisé “Infrastructure de Recherche” (IR) par le Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche. L'ObAS participe à d'autres SNOs : SVOM, Grands Relevés Spectroscopiques avec WEAVE, Gaia, et le modèle de la Galaxie de Besançon.
Composante à part entière de l'Unistra, l'ObAS gère le parcours astrophysique (M2) du Master Physique spécialité Astrophysique, hébergé par la faculté de physique et ingéniérie.
En tant qu'unité de recherche, l'ObAS est structuré en deux équipes scientifiques, l'équipe GALHECOS et le CDS.

Contraintes et risques

Pas de risques particuliers.

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