L'effet de la reconnexion magnétique sur la cascade turbulente aux échellesmagnétohydrodynamiques et sur le transport des rayons cosmiques // the effect of magnetic reconnection on the turbulent cascade atmagnetohydrodynamic scales and on cosmic-ray trans

Topic description

Des décennies après la découverte des rayons cosmiques (RC), leur propagation à travers la Galaxie n'a toujours pas été décrite de manière satisfaisante. Le problème du transport des RC dans l'environnement turbulent de la Galaxie relie en effet des échelles séparées par de nombreux ordres de grandeur, depuis la micro-échelle de la giration des rayons cosmiques (par exemple, ~ 10^-6 pc pour un proton de ~ GeV) jusqu'à l'échelle de la Galaxie entière (par exemple, de l'ordre de ~ 10^4 pc). Bien que les simulations globales de transport RC soient utiles pour reproduire les données directes et indirectes des rayons cosmiques observées, elles supposent généralement des modèles de transport efficaces qui sont indépendants de la microphysique sous-jacente. D'autre part, la modélisation microphysique du transport de RC est principalement basée sur la théorie quasi-linéaire (QLT), qui utilise généralement des modèles simplifiés de turbulence magnétohydrodynamique (MHD). Les avancées récentes dans la théorie de la turbulence du plasma et dans le calcul haute performance ont considérablement relancé ce domaine, en apportant des éclairages et de nouvelles idées sur la manière de résoudre le problème du transport de RC. Cependant, de nombreux aspects de l'interaction RC-turbulence doivent encore être étudiés et nécessitent des simulations numériques à une résolution encore plus élevée que celle habituellement utilisée (par exemple > ^3). Dans le cadre de ce projet, l'étudiant effectuera des simulations à très haute résolution de la turbulence MHD dans un régime susceptible de développer une reconnexion magnétique et éventuellement d'entrer dans un régime dit« à médiation par reconnexion ». Ces simulations seront utilisées pour dériver des modèles efficaces avancés (mais implémentables numériquement) de diffusion des RC qui seront inclus dans le code de transport global DRAGON. En utilisant DRAGON, l'étudiant obtiendra plusieurs observables à comparer aux données de RC directes/indirectes disponibles et aura également un potentiel prédictif pour les mesures à venir des futurs observatoires (par exemple, CTA et SKA).
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Decades after the discovery of cosmic rays (CRs), their propagation through the Galaxy is still lacking a satisfactory description. The problem of CR transport in the turbulent Galactic environment indeed connects scales that are separated by many orders of magnitude,from the micro-scale of cosmic-ray gyration (e.g., ~ 10^-6 pc for a ~ GeV proton) to the scale of the entire Galaxy (e.g., order of ~ 10^4pc). While global CR tranport simulations are useful to reproduce the observed direct and indirect cosmic-ray data, they usually assume effective transport models that are agnostic of the underlying microphysics. On the other hand, microphysical modeling of CR transportis mostly based on quasi-linear theory (QLT), which typically employs oversimplified models of magnetohydrodynamic (MHD) turbulence. Recent advances in both theory of plasma turbulence and high-performance computing have significantly revived this field, providing insights and new ideas on how to address the problem of CR transport. However, many aspects of CR-turbulence interactionstill have to be investigated and require numerical simulations at even higher resolution than it is usually done (e.g., > ^3). Within this project, the student will perform very high-resolution simulations of MHD turbulence in a regime that is prone to develop magnetic reconnection and possibly enter a so-called “reconnection-mediated regime”. These simulations will be used to derive advanced (but numerically implementable) effective models of cosmic-ray diffusion that will be included in the global CR-transport code DRAGON.
Using DRAGON, the student will obtain several observables to be compared with available direct/indirect CR data and also have predictive potential for forthcoming measurements from future observatories (e.g., CTA and SKA).
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Début de la thèse : 01/10/
WEB :

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Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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