Description du sujet de thèse

De la spectrophotométrie sans fente à l’équation d’état de l’énergie sombre avec les expériences StarDICE et LSST

L'objectif est le développement de la spectrophotométrie sans fente comme atout pour la mesure du paramètre d'équation d'état de l'énergie noire. La nature de l’énergie sombre est l’une des grandes questions ouvertes de la cosmologie. La décennie en cours apportera des mesures d’une précision inégalée sur l’expansion de l’Univers grâce à de nouveaux relevés cosmologiques grand champ (Euclid, DESI, LSST, ZTF). LSST (Chili) et ZTF (USA) sont deux relevés cosmologiques grand champ capables de scanner le ciel entier tous les quelques jours afin de récolter un maximum d’événements astronomiques transitoires, tel que l’explosion de supernovae de type Ia. Ces dernières sont des explosions stellaires de très haute luminosité servant de chandelles standard pour la mesure des distances dans l’Univers et permettent donc de mesurer les propriétés de l’énergie sombre.

A l’horizon 2030, le diagramme de Hubble (distance versus redshift) des supernovae de type Ia sera peuplé de dizaines de milliers de mesures à haut et bas redshift, grâce notamment aux relevés LSST et ZTF. Cependant, la précision sur la mesure des propriétés de l’énergie sombre avec ces données sera limitée par les incertitudes systématiques de calibration photométrique des télescopes. Pour contrer cette limitation, les laboratoires franciliens IJClab et LPNHE se sont associés pour 1) remesurer les étoiles étalons de flux avec le projet StarDICE 2) développer la spectrophotométrie sans fente pour mesurer la transmission atmosphérique des sites des observatoires, notamment avec le télescope Auxiliaire du LSST (AuxTel).

Le sujet de la thèse proposée s’inscrit dans le projet LEMAITRE (Latest Extended Mapping of Acceleration with an Independent Trove of Redshifted Explosions) dont le but est de construire un diagramme de Hubble des supernovae composé de milliers d’événements qui n’ont encore jamais été publiés, et ainsi de proposer une nouvelle mesure des propriétés de l’énergie sombre, indépendante des relevés précédents. Il sera composé des supernovae des relevés ZTF, SNLS et Subaru. En fin de thèse, il pourra être complété par le premier échantillon de supernovae du relevé LSST. La thèse comportera deux volets. Le premier volet sera la démonstration de la capacité de la spectrophotométrie sans fente pour mesurer la transmission de l’atmosphère au Chili et à l’observatoire de Haute Provence. Ce travail technique, qui plongera l’étudiant ou l’étudiante au cœur d’un relevé cosmologique, l’amènera à se rendre sur les sites d’observation pour opérer ces calibrations. Un résultat majeur attendu sera la publication d’un tout nouveau réseau d’étoiles étalons par StarDICE. Le second volet consistera à propager ces calibrations aux flux des courbes de lumière des supernovæ de ZTF et LSST. Le diagramme de Hubble publié en fin de thèse sera le premier diagramme des distances cosmologiques calibrées en flux grâce à StarDICE, apportant un éclairage nouveau sur l’expansion de l’Univers et la nature de l’énergie sombre.

Bibliographie indicative :

S. Perlmutter, G. Aldering, G. Goldhaber, R. A. Knop, et al., Measurements of Ω and Λ from 42 High-Redshift Supernovae, The Astrophysical Journal 517, 565 (1999), doi:10.1086/307221, arXiv:9812133
Neveu et al., Slitless spectrophotometry with forward modelling: principles and application to atmospheric transmission measurement, arXiv:2307.04898, A&A, 684, A21 (2024)
Neveu et al., On the importance of Earth's atmosphere for SNIa precision cosmology, arXiv:2407.01058

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie est un laboratoire de physique des deux infinis sous tutelle du CNRS, de l'université Paris-Saclay et de l'université de Paris, né en 2020 de la fusion des cinq UMR situées sur le campus universitaire d'Orsay : le Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (CSNSM), le laboratoire d'Imagerie et modélisation en neurobiologie et cancérologie (IMNC), l'Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPNO), le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) et le Laboratoire de physique théorique (LPT).

Les thèmes de recherche du laboratoire sont la physique nucléaire, la physique des hautes énergies, les astroparticules et la cosmologie, la physique théorique, les accélérateurs et les détecteurs de particules ainsi que les recherches et développements techniques et applications associées pour l'énergie, la santé et l'environnement.

La structure dispose de capacités techniques très importantes (environ 280 ingénieurs et techniciens) dans tous les grands domaines requis pour concevoir, mettre au point et en œuvre les dispositifs expérimentaux nécessaires à son activité scientifique : mécanique, électronique, informatique, instrumentation, techniques d'accélération et des techniques de la biologie. Ces forces techniques représentent un atout de premier plan pour la conception, le développement et l'utilisation des instruments nécessaires (accélérateurs et détecteurs). La présence des infrastructures de recherche et des plateformes technologiques rassemblées sur le site du laboratoire constitue également un atout majeur. Enfin, environ 90 ITA des services administratifs et support travaillent aux côtés des scientifiques et ingénieurs.
La thèse se déroulera dans l ‘équipe LSST de l’IJCLab, impliqué dans la construction et la calibration de l’observatoire Rubin depuis 2012, sous la supervision de Jérémy Neveu, maître de conférence en cosmologie. Le/La doctorant.e sera impliqué.e dans les collaborations internationales LSST, StarDICE et LEMAITRE, dans lesquelles il/elle pourra présenter régulièrement l’avancée de ses travaux. Des moyens financiers pour voyager dans les différents observatoires et présenter les résultats en conférence sont assurés.

IJCLAB fonde sa politique de recrutement sur la promotion de l'égalité, de la diversité et de l'inclusion. Valeurs essentielles, elles permettent le développement professionnel des agents, véritables acteurs d'une réussite collective, mais également le développement du laboratoire lui-même.


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.

Contraintes et risques

La thèse sera rattachée à l’école doctorale de PHENIICS (ED 576).
Encadrement en présentiel, suivi hebdomadaire au laboratoire
Suivi par ailleurs par le comité de suivi individuel (CSI) de thèse pour l'inscription annuelle Suivi par le comité d'accompagnement de thèse (CAT) du laboratoire
Des déplacements au Chili et à l’Observatoire de Haute Provence seront à prévoir.