Thèse Déchiffrer l'Émission Gamma des Sources les Plus Énergétiques de notre Galaxie H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : IRAP - Institut de Recherche en Astrophysique et Planetologie
Direction de la thèse : Pierrick MARTIN
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59

Le Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) est en cours de construction et sera le plus grand observatoire du rayonnement gamma de très haute énergie. Ses performances inégalées vont conduire à la détection de centaines de nouvelles sources et révéler dans le détail leurs propriétés spectrales et morphologiques. L'émission gamma au voisinage des sources témoigne d'aspects fondamentaux de la physique du rayonnement cosmique qui sont encore mal compris: comment les particules s'échappent de leurs accélérateurs et commencent à se propager dans le milieu interstellaire, jusqu'à devenir une composante essentielle de l'écosystème galactique.

Ces sources étendues sont souvent des objets astrophysiques complexes impliquant des chocs de vestiges de supernovae, des écoulements relativistes de pulsars et de nébuleuses de vent de pulsar, dans un environnement fortement altéré par l'étoile progénitrice. La modélisation du transport de particules énergétiques au sein du système et en son voisinage est donc un vrai défi, ce qui rend l'interprétation des observations existantes plutôt laborieuse. La qualité supérieure des futures données CTAO requiert la mise au point de méthodes avancées pour traiter le problème.

Le projet de thèse est centré sur l'étude des sources de très haute énergie de notre Galaxie. Le programme initial consiste en le développement d'un cadre de modélisation pour calculer le transport du rayonnement cosmique autour d'une source astrophysique donnée libérant des particules en fonction du temps et de l'énergie. Cela passe par la résolution numérique d'une équation de transport pour un terme source générique permettant de décrire l'injection par un reste de supernova, un pulsar, ou tout autre site d'accélération. A partir de la distribution de particules propagées, l'émission gamma est déterminée et des stratégies devront être trouvées pour permettre une comparaison efficace et utile aux observations gamma. Dans un deuxième temps, ce cadre théorique sera utilisé sur des sources réelles avec pour objectif de contraindre la physique du transport. L'objectif ultime du projet est la mise à disposition de cet ensemble d'outils à la communauté pour faciliter l'interprétation des nombreuses sources gamma étendues observées avec CTAO et d'autres instruments de première classe comme LHAASO.

Le financement de la thèse est acquis et s'inscrit dans le cadre du projet collaboratif PARMIGIANO sélectionné par l'ANR et dont le démarrage est prévu en 2026. Le projet de doctorat sera conduit conjointement par le LUX (Observatoire de Paris) et l'IRAP (Observatoire Midi-Pyrénées), sous la supervision de Pierre Cristofari et Pierrick Martin. La personne recrutée sera accueillie à l'IRAP à Toulouse et rejoindra l'équipe PARMIGIANO qui se compose de collègues de Paris, Marseille, Toulouse, et des Canaries, avec une longue expérience en astronomie gamma et en astrophysique des hautes énergies. L'étudiant/étudiante sera en contact avec des members des collaborations Fermi\_LAT et LHAASO et du consortium CTAO, ce qui offrira un environnement de travail stimulant et des possibilités pour le développement de la carrière au delà de la thèse.

Les candidats au poste doivent idéalement posséder une formation en astrophysique et des compétences en programmation, particulièrement en python. Une expérience passée en astrophysique des hautes énergies serait un plus. De bonnes capacités à communiquer et une maitrise de la langue anglaise sont exigées, étant donné le niveau d'interaction attendu avec des collègues internationaux. Toute question peut être adressée à ****@****.** et ****@****.**. L'acte de candidature doit nous parvenir au plus tard le 31 mai 2026 et devra contenir un CV et un document de moins de 5 pages présentant les activités passées et l'intérêt pour le projet. Les lettres de recommandation devront nous être envoyées directement et séparément par leurs auteurs.

The Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) is currently being built and will be the largest very-high-energy gamma-ray observatory. The unprecedented performances of the facility are expected to lead to the detection of hundreds of new sources and will unveil their spectral and morphological properties in great detail. The layout of gamma-ray emission around sources holds precious information on a fundamental aspect of cosmic-ray physics that is still not well understood : how energetic particles escape from their accelerators and start propagating in the interstellar medium so as to become a fundamental ingredient of a galactic ecosystem.
These extended sources are often very complex astrophysical setups involving supernova remnants shocks, relativistic outflows from pulsars and pulsar wind nebulae, and environments strongly impacted by the progenitor stars. Modeling the transport of high-energy particles across the whole system and out of it is therefore very challenging, which makes the interpretation of available data rather tedious. The higher-quality data that CTAO will soon provide requires the development of advanced solutions to handle the problem.

Development of a framework to efficiently compute the transport of cosmic-rays around a given astrophysical source. Application on selected real gamma-ray sources observed from GeV to PeV energies with instruments such as the Fermi-LAT satellite of the LHAASO ground-based observatory.

The initial work plan will be devoted to the development of a framework that allows to efficiently compute the transport of cosmic-rays around a given astrophysical source that releases particles as a function of time and energy. This will be done by solving numerically a transport equation for a generic source term that can account for the injection from a supernova remnant, a pulsar, or any other acceleration site. From the propagated distribution of particles, the corresponding gamma-ray signal will be computed and strategies will be developed to allow meaningful comparison to gamma-ray observations. The developed framework will be applied to selected real gamma-ray sources with a view to constrain the physics of particle transport around sources. The ultimate goal of the project is to make this set of tools available to the community.

Les candidats au poste doivent idéalement posséder une formation en astrophysique et des compétences en programmation, particulièrement en python. Une expérience passée en astrophysique des hautes énergies serait un plus. De bonnes capacités à communiquer et une maitrise de la langue anglaise sont exigées, étant donné le niveau d'interaction attendu avec des collègues internationaux.