Thèse Recherche de Sursauts Gamma Orphelins dans les Données de l'Observatoire Vera C. Rubin H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie
Direction de la thèse : Johan BREGEON ORCID 0000000267905328
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59

La thèse proposée a pour objectif l'étude des sursauts gamma orphelins dans les données du grand relevé Rubin-LSST via la mise en place des modules scientifiques afférents dans l'infrastructure du broker d'alerte FINK, et suivi par l'élaboration d'une stratégie d'observation multi-longueur d'ondes.
Les sursauts gamma comptent parmi les évènements les plus violents de l'univers, et se traduisent par des bouffées très intenses de photons gamma pour une durée allant de quelques secondes à quelques jours, pour des énergies allant du keV au TeV. Cette émission gamma est essentiellement due à un jet de particules relativiste extrêmement collimaté et n'est donc visible que lorsque ce jet pointe en direction de l'observateur. Par de simples considérations géométrique, lorsque ce jet est vu à grand angle, les modèles prévoient que l'émission à plus basse énergie (domaines optiques et radios) devraient être observable sous la forme de phénomènes transitoires lents et de faible luminosité. Ce phénomène est baptisé sursaut gamma orphelin ou émission rémanente orpheline, car on n'observe pas la composante gamma, mais uniquement l'émission optique ou radio. A ce jour, aucun phénomène transitoire n'a pu être identifié de manière certaine en tant que sursaut gamma orphelin, mais les modèles d'émission prévoient que plusieurs dizaines de tels évènements devraient être observés dans les données du Rubin-LSST chaque année.
L'observatoire Vera C. Rubin, installé sur le Mont Pachon au Chili, s'apprête à réaliser la cartographie la plus détaillée de l'ensemble du ciel austral pendant une durée de 10 ans, baptisé LSST (Large Synoptic Survey of Space and Time). Pour cela, l'observatoire est équipé d'un télescope à très grand champ de vue, plus de 27 fois la lune, et de la plus grande caméra numérique au monde : 3,2 milliards de pixels. L'observatoire prend en ce moment même ses premières images sur le ciel, le début du relevé LSST est prévu dès cet automne.

Le travail de thèse commencera de manière très concrète par la prise en main puis l'optimisation du module scientifique pour l'identification des candidats sursauts orphelins développé dans le cadre de la thèse précédente : il s'agira d'adapter le module aux premières vraies données du LSST. Une fois le module optimisé, il sera indispensable de mettre en place une stratégie de suivi des candidats dans un cadre multi-longueur d'onde et multi-messager, afin de pouvoir confirmer de manière certaine leur vraie nature et les caractériser proprement. La découverte d'un ou plusieurs sursauts gamma orphelins donnera accès à des considérations astrophysiques et/ou cosmologiques en fonction des données recueillies. Ce travail se déroulera dans le cadre de la Dark Energy Science Collaboration, grande collaboration scientifique réunissant les meilleurs.es experts.es internationaux et qui met fortement en avant l'inclusion et le bien être des personnes impliquées.

La thèse se déroulera au sein de l'équipe de Cosmologie Observationnel du LPSC à Grenoble. Les thématiques de recherche de l'équipe couvrent l'étude des rayons cosmiques, la cosmologie multi-longueurs d'onde avec les amas de galaxie et l'étude des phénomènes transitoires dans un cadre multi-messagers, ainsi que la cosmologie dans le domaine millimétrique.

Les sursauts gamma comptent parmi les évènements les plus violents de l'univers, et se traduisent par des bouffées très intenses de photons gamma pour une durée allant de quelques secondes à quelques jours, pour des énergies allant du keV au TeV. Cette émission gamma est essentiellement due à un jet de particules relativiste extrêmement collimaté et n'est donc visible que lorsque ce jet pointe en direction de l'observateur. Par de simples considérations géométrique, lorsque ce jet est vu à grand angle, les modèles prévoient que l'émission à plus basse énergie (domaines optiques et radios) devraient être observable sous la forme de phénomènes transitoires lents et de faible luminosité. Ce phénomène est baptisé sursaut gamma orphelin ou émission rémanente orpheline, car on n'observe pas la composante gamma, mais uniquement l'émission optique ou radio. A ce jour, aucun phénomène transitoire n'a pu être identifié de manière certaine en tant que sursaut gamma orphelin, mais les modèles d'émission prévoient que plusieurs dizaines de tels évènements devraient être observés dans les données du Rubin-LSST chaque année.

Etudier les sursauts gamma orphelins comme objets atrophysiques et dans le cadre d'études cosmologiques

Activités principales :
- Comprendre les modèles d'émission des sursauts gamma orphelins dans le domaine optique
- Optimiser des filtres en-ligne et hors-ligne pour l'identification des sursauts orphelins dans le cadre
logiciel du broker d'alertes FINK
- Définir et implémenter une stratégie de suivi multi-longueur d'onde des candidats sursauts orphelins (y compris
la soumission de proposition d'observation auprès de divers télescopes)
- Présenter et publier les résultats obtenus, en particulier l'impact des observations sur la science des sursauts
gamma (structure du jet, géométrie, progéniteurs, population)
- Contribuer au développement et à la valorisation du broker d'alertes FINK
- Contribuer à la phase préparatoire de l'observatoire Rubin, au niveau du fonctionnement de la caméra et du
traitement des alertes en temps réel par le broker FINK

Compétences métier/savoir faire
- Connaissance des processus physiques à haute énergie (synchrotron, Compton, ...)
- Connaissance des jets relativistes en tant qu'objets astrophysiques
- Bases en astronomie dans le domaine optique
- Environnement scientifique python (matplotlib, numpy, pandas, astropy, scipy)

Savoir être
- Motivation
- Curiosité et créativité
- Travail en équipe
- Communication