Doctorant / Doctorante (H/F) - Décalages temporels en astrophysique avec les AGN : compétition entre effets temporels intrinsèques aux sources et effets de propagation

Description du Poste

Sujet De Thèse

Contexte

Environ 10% des galaxies abritent un noyau actif de galaxie (AGN), alimenté par l’accrétion sur un trou noir supermassif, et dans environ 10% de ces systèmes des jets relativistes sont produits. Cette fraction peut atteindre jusqu’à 50% pour les AGN les plus puissants. Lorsque les jets sont alignés avec la ligne de visée, ces objets sont appelés blazars et comptent parmi les sources extragalactiques les plus lumineuses, à large bande et fortement variables. Leurs états de flux élevé, d’une durée de la minute à l’heure, appelés « flares », constituent un laboratoire unique pour sonder la physique des jets relativistes et mesurer des délais spectraux — des différences de temps entre photons d’énergies différentes. Ces délais peuvent provenir soit d’effets intrinsèques à la source (SIE), liés aux processus d’émission et d’accélération des particules, soit d’effets de propagation accumulés au cours du trajet cosmologique des photons. Un exemple de ces derniers apparaît dans plusieurs cadres de gravité quantique (QG) prédisant des relations de dispersion modifiées pour les photons à très haute énergie (voir [1] pour une revue), conduisant à une vitesse de la lumière dépendante de l’énergie dans le vide et donc à une violation de l’invariance de Lorentz (LIV). Ces effets devraient croître avec la distance dans les scénarios de LIV les plus étudiés. Distinguer les délais intrinsèques de ceux induits par la propagation constitue un défi central pour les recherches de LIV. Y répondre nécessite des études de population de multiples sources à différentes distances ainsi qu’un effort coordonné combinant modélisation des sources centrée sur les SIE et analyse de données. Ce projet s’inscrit dans un contexte européen fort, notamment l’Action COST BridgeQG, un réseau fédérant théoriciens de la QG, phénoménologues et observateurs.

État de l’art

Des délais intrinsèques ont été observés dans les GRB longs (voir par exemple [2] pour l’une des premières références sur le sujet) et sont attendus dans d’autres types de sources. Pour les AGN en phase de flare, aucun délai significatif n’a encore été détecté aux très hautes énergies, probablement en raison de la sensibilité limitée des instruments actuels. Cependant, négliger les SIE peut biaiser les recherches de LIV ou masquer des effets réels. Pour traiter cette question, les porteurs du projet ont initié la première étude dédiée des SIE dans les blazars en utilisant un modèle simple leptonic à une zone de flare [3, 4], établissant une forte collaboration entre le LPNHE et le LUX. Ces études ont montré que des retards spectraux intrinsèques peuvent apparaître naturellement et dépendent fortement des paramètres du modèle, ouvrant de nouvelles sondes observationnelles de l’accélération des particules au-delà des seules distributions spectrales d’énergie. À ce jour, aucun signal de LIV n’a été identifié et des limites ont été posées sur l’échelle d’énergie caractéristique des modèles de LIV. Les contraintes atteignent l’échelle de Planck (∼10^19 GeV) pour des GRB individuels [5] et ∼10^18 GeV pour des AGN en flare individuels (par exemple [6]), mais dans tous les cas les SIE sont négligés ou considérés comme universels avec la même amplitude pour toutes les sources (voir par exemple [7]). Améliorer la sensibilité des analyses de LIV nécessite désormais des études de population multi-sources couvrant des plages étendues en énergie et en distance, en particulier dans le domaine du TeV. De plus, cela requiert de prendre explicitement en compte les SIE.

Objectifs

Le projet ALIVe se situe à l’interface de la physique fondamentale, de l’astrophysique des hautes énergies et des observations gamma avancées, en tirant parti des expertises complémentaires du CNRS-IN2P3 (phénoménologie de la LIV et de la QG) et du CNRS-INSU (modélisation des jets d’AGN). Son premier objectif est de dépasser une limitation majeure des recherches actuelles de LIV : la difficulté à décrire précisément les SIE dans les jets d’AGN. Au-delà de nos études leptoniques à une zone précédentes [3, 4], le projet se concentrera sur des modèles géométriques alternatifs de variabilité, dans lesquels les variations de flux proviennent uniquement d’effets d’orientation du jet et de boosting Doppler [8–11]. Un tel scénario a principalement été proposé pour décrire la quasi-périodicité observée dans certains AGN, attribuée à la forme hélicoïdale ou au vrillage du jet. Dans ces modèles, on s’attend à ce que les délais intrinsèques soient faibles et, en tout état de cause, plus faciles à interpréter. Ils fournissent ainsi une sonde particulièrement propre des effets induits par la propagation : dans ce cadre, les retards intrinsèques pourraient effectivement être dissociés des retards de propagation. Ces modèles de variabilité géométrique constituent donc un échantillon de contrôle avec des effets intrinsèques minimaux, fournissant une référence de base permettant d’identifier de manière robuste les effets de propagation. Une étude systématique des SIE dans de tels scénarios de flare géométriques, fondée sur des outils de simulation existants adaptés, devrait produire des résultats rapides et à fort impact. Le second axe consiste en des études de population d’AGN en flare, exploitant et étendant les outils d’analyse développés au sein du groupe de travail γLIV [12]. Une analyse combinée sans précédent des données H.E.S.S. sera réalisée sur au moins quatre blazars (PKS 2155-304, Mkn 501, 3C 279, PG 1553+113) ainsi que sur tout objet détecté pendant la thèse, suivie d’une analyse globale incluant les jeux de données de MAGIC, VERITAS et CTAO-LST1. La stratégie d’analyse repose ainsi sur un échantillon statistiquement robuste d’observations existantes. L’objectif est soit d’identifier des signatures de LIV, soit d’établir les contraintes les plus strictes à ce jour sur la LIV dans le secteur des photons, avec, pour la première fois, une analyse robuste et approfondie des systématiques liées aux SIE. Les analyses de population prenant en compte les effets intrinsèques devraient améliorer les contraintes actuelles sur la LIV d’un facteur de quelques unités par rapport aux études de flares individuelles, tout en réduisant significativement les incertitudes statistiques. Le doctorant, à l’interface entre modélisation et analyse de données, jouera un rôle central dans cet effort. Indépendamment de la détection ou non de signatures de LIV, le projet fournira des contraintes robustes ainsi qu’une caractérisation quantitative des retards spectraux intrinsèques dans des scénarios de flares géométriques, apportant une valeur durable à la fois pour la physique fondamentale et l’astrophysique des jets.

Le doctorant aura la responsabilité principale du développement des simulations de flares géométriques ainsi que de l’analyse de population coordonnée H.E.S.S., assurant une excellente visibilité au sein des communautés de modélisation et d’analyse.

Références
[1] A. Addazi et al., Prog. Part. Nucl. Phys. 125, 103948 (2022), arXiv:2111.05659.
[2] J.P . Norris et al., ApJ 459, 393 (1996)
[3] C. Perennes et al., A&A 633, A143 (2020), arXiv:1911.10377.
[4] C. Levy et al., A&A 689, A136 (2024), arXiv:2406.01182.
[5] V. Vasileiou et al., Phys. Rev. D 87, 122001 (2013), arXiv:1305.3463.
[6] A. Abramowski et al., H.E.S.S. Collaboration, Astroparticle Physics 34, 738–747 (2011),
arXiv:1101.3650.
[7] J. Ellis et al., Astropart. Phys. 25, 402 (2006), astro-ph/0510172.
[8] R. Prince et al., A&A 678, A100 (2023), arXiv:2308.11317.
[9] C. M. Raiteri et al., A&A 692, A48 (2024).
[10] P . Peñil et al., A&A 700, A208 (2025), arXiv:2507.03967.
[11] E. Sobacchi et al., MNRAS 465, 161 (2017), arXiv:1610.04709.
[12] J. Bolmont et al., ApJ 930, 75 (2022), arXiv:2201.02087.

Votre Environnement de Travail

Le LPNHE est une importante unité de recherche à dominante expérimentale en physique des particules et des astroparticules. Il relève de 3 tutelles : CNRS, Sorbonne université et université Paris-Cité et est composé de 150 personnes réparties en 12 équipes de recherche et 5 services d'appui à la recherche.
Vous serez accueilli au sein de l'équipe HESS/CTAO.
Le lieu de travail est situé sur le campus de Jussieu (Paris 5ème).

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

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