Topic description
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 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, 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. 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.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cosmic rays (CRs) are charged energetic particles accelerated in the Universe to enormous energies by processes that are not yet completely understood. Observations indicate that in the Milky Way there are objects capable of accelerating particles up to energies of a few Peta-electronVolt (PeV), well beyond typical thermal energies. These non-thermal particles are suspected of playing a key role in the formation of stars and the evolution of galaxies, by redistributing energy to all components of galactic ecosystems. Building a comprehensive understanding of CRs is therefore of paramount importance to astrophysics at large.
The standard paradigm assumes that Galactic CRs are accelerated in strong shocks in supernova remnants. Yet, both theory and observations suggest that these objects can hardly produce particles beyond TeV, leaving room for another family of accelerators. Massive star-forming regions could host specific processes capable of accelerating particles up to PeV energies [1], and material from the winds of evolved massive stars is essential to explain the abundances of heavy elements observed in CRs [2].
CRs can be probed through observations of gamma rays produced in their interactions with the rich reservoir of gas and photons in star-forming regions. Extended gamma-ray emission is indeed observed toward at least a dozen Galactic star-forming regions, and the sample keeps growing [3]. However, detailed studies of some individual regions often remain compatible with a variety of scenarios for the particle acceleration site and process, such as impulsive injection from supernova remnant shocks or long-lasting acceleration by stellar winds [4].
The legacy dataset from the Fermi Gamma-Ray Space Telescope provides a whole-sky survey with a wealth of yet unexplored information about massive-star forming regions. Starting from, the deployment of the pathfinders for the Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) [5] will open a new era for gamma-ray astronomy. In particular, the unprecedented field of view and energy reach of the CTAO telescopes will provide new opportunities to study very-high-energy extended emission from massive-star forming regions.
For this project, the PhD student will be welcomed in a group at IRAP with several decades of expertise in gamma-ray astronomy and cosmic-ray physics. The group is part of the international Fermi collaboration and CTAO Consortium, and is very actively involved in the development of the NectarCAM cameras to be installed on CTAO medium-sized telescopes starting from. The PhD student will analyse legacy Fermi data and select interesting source candidates to observe with the CTAO pathfinders and intermediate arrays during the observatory construction phase. By combining the two datasets we will seek new insights on particle acceleration and transport in massive-star forming regions.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
Funding further details
Concours pour un contrat doctoral
En cliquant sur "JE DÉPOSE MON CV", vous acceptez nos CGU et déclarez avoir pris connaissance de la politique de protection des données du site jobijoba.com.