Thèse les Régions de Formation d'Étoiles Massives Comme Accélérateurs Cosmiques de Fermi à Ctao H/F - 31

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 : Luigi TIBALDO ORCID 000000017523570X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les rayons cosmiques (RC) sont des particules chargées accélérées dans l'Univers jusqu'à des énergies énormes par des processus qui ne sont pas encore complètement compris. Les observations indiquent que dans la Voie Lactée il existe des objets capables d'accélérer des particules jusqu'à des énergies de quelques péta-électronvolts (PeV), bien au-delà des énergies thermiques typiques. Ces particules non thermiques sont soupçonnées de jouer un rôle clé dans la formation des étoiles et l'évolution des galaxies en redistribuant leur énergie à l'échelle galactique. Une compréhension globale des RC est donc d'une importance capitale pour l'astrophysique en général.

Le paradigme standard suppose que les RC galactiques sont accélérés dans des chocs forts au sein des restes de supernovae. Pourtant, tant la théorie que les observations suggèrent que ces objets peuvent difficilement produire des particules au-delà de 100 TeV, laissant la place à une autre famille d'accélérateurs. Les régions de formation d'étoiles massives pourraient abriter des processus spécifiques capables d'accélérer des particules jusqu'à des énergies de l'ordre du PeV [1], et la matière issue des vents d'étoiles massives évoluées est essentielle pour expliquer les abondances d'éléments lourds observées dans les RC [2].

Les RC peuvent être sondés grâce aux observations des rayons gamma produits lors de leurs interactions avec le riche réservoir de gaz et de photons présent dans les régions de formation d'étoiles. Une émission gamma étendue est en effet observée vers au moins une douzaine de régions galactiques de formation d'étoiles, et l'échantillon ne cesse de s'agrandir [3]. Toutefois, des études détaillées de certaines régions individuelles restent souvent compatibles avec une variété de scénarios concernant le site et le processus d'accélération des particules, tels qu'une injection impulsive par des chocs de restes de supernovae ou une accélération de longue durée par des vents stellaires [4].

L'ensemble de données du télescope spatial à rayons gamma Fermi fournit un relevé du ciel entier contenant plein d'information encore inexploitée sur les régions de formation d'étoiles massives. À partir de 2026, le déploiement des « pathfinders » de l'Observatoire Cherenkov Telescope Array (CTAO) [5] ouvrira une nouvelle ère pour l'astronomie gamma. En particulier, le champ de vue sans précédent et la gamme d'énergie couverte par les télescopes de CTAO offriront de nouvelles opportunités pour étudier l'émission étendue à très haute énergie provenant des régions de formation d'étoiles massives.

Pour ce projet, le doctorant ou la doctorante sera accueilli(e) dans un groupe à l'IRAP disposant de plusieurs décennies d'expertise en astronomie gamma et en physique des rayons cosmiques. Le groupe fait partie de la collaboration internationale Fermi et du consortium CTAO, et est très activement impliqué dans le développement des caméras NectarCAM qui seront installées sur des télescopes de taille moyenne de CTAO à partir de 2026. Le ou la doctorant(e) analysera les données Fermi existantes et sélectionnera des sources intéressantes à observer avec les pathfinders et les réseaux intermédiaires de CTAO durant la phase de construction de l'observatoire. En combinant les deux jeux de données nous chercherons à faire progresser notre compréhension de l'accélération et du transport des particules dans les régions de formation d'étoiles massives.

Le paradigme standard selon lequel les restes de supernova sont à l'origine des rayons cosmiques galactiques est remis en question par la précision croissante des observations, qui nous poussent à envisager des classes de sources alternatives. Grâce aux résultats obtenus par les télescopes de la génération actuelle, les régions de formation d'étoiles massives sont désormais reconnues comme une nouvelle classe de sources de rayons gamma, ce qui souligne leur importance en tant qu'accélérateurs de particules. La mise en fonction du Cherenkov Telescope Array (CTAO) dans les années à venir va revolutionner nos capacités d'observations dans le domaine des rayons gamma de très haute énergie.

Analyse des données et intepretation astrophysique