Thèse Etude Multi-Messagers des Kilonovae H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Image, Cosmos et Simulation Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie Direction de la thèse : Sarah ANTIER ORCID 0000000276863334 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-03T23:59:59 L'astronomie du ciel transitoire étudie les phénomènes violents tels que l'effondrement d'étoiles massives ou la collision d'objets compacts impliquant une étoile à neutron ou un trou noir. Ces événements peuvent être détectés non seulement grâce aux ondes gravitationnelles émises au cours de ces processus, mais aussi grâce à la lumière émise par la matière éjectée. Les kilonovae sont l'une des signatures visibles d'éléments lourds radioactifs fraîchement synthétisés dans un environnement riche en neutrons après (par exemple) une fusion d'étoiles à neutrons. En outre, l'étude des kilonovae nous permet de tester la physique avec de la matière très dense, ou encore de comprendre l'enrichissement en éléments lourds de notre galaxie et de notre système solaire.

Depuis les années 1970, ces événements sont couramment détectés par des instruments gamma qui captent de brusques bouffées de lumière à très haute énergie durant quelques secondes. Mais ces événements sont rares et la compréhension des processus physiques en jeu est limitée si on a accès uniquement au rayonnement gamma. L'observatoire Vera C. Rubin [1], un télescope de 8 mètres opérant dans le domaine visible, est sur le point d'entrer en opération. En 2028, les détecteurs d'ondes gravitationnelles reprendront leurs observations. Enfin, notre communauté scientifique a développé GRANDMA [2], un réseau de télescopes et d'experts dédié à l'étude des kilonovae. En combinant les données des télescopes de GRANDMA, du télescope Vera Rubin et ainsi les données gravitationnelles et gamma, on pourra avoir une vue d'ensemble plus précise sur les processus physiques [3].

Les travaux de doctorat s'inscrivent dans le cadre des nouvelles opportunités passionnantes offertes par les premières observations de Vera Rubin sur les kilonovae ainsi que sur les prochaines campagnes d'observation des ondes gravitationnelles LIGO-Virgo-KAGRA.

L'étudiant travaillera sur des stratégies d'observation pour associer les ondes gravitationnelles aux candidates de kilonovae avec GRANDMA et Vera Rubin, en utilisant les modèles les plus récents sur les kilonovae. Il tiendra notamment compte de la sensibilité des télescopes et des détecteurs d'ondes gravitationnelles, ainsi que de la diversité des progéniteurs produisant ces kilonovae. L'étudiant participera également à la caractérisation des kilonovae dans le cadre d'une approche multi-messagère impliquant des données optiques, gamma et gravitationnelles. Pour ce faire, l'étudiant analysera les candidats kilonovae prometteurs pendant l'ère Vera Rubin et recherchera le scénario astrophysique associé le plus convainquant. Ce dernier permettra en autre de contraindre les paramètres physiques tels que la nature des progéniteurs de l'événement, la masse de la quantité de matière éjectée mais aussi, l'équation d'état de la matière nucléaire ultra-dense [4].
[1] https://fink-portal.org/
[2] https://grandma.ijclab.in2p3.fr/
[3] https://arxiv.org/pdf/2205.08513
[4] Pang Peter et al, Nature Communications, 14 (2023), 1, 8352 La thèse s'inscrit au sein des collaborations scientifiques GRANDMA, Vera Rubin et LIGO-Virgo-KAGRA. Analyse de données des observations du Vera Rubin et des détections d'ondes gravitationnelles de LIGO-Virgo KAGRA.
Recherche de signatures visibles 'kilonovae' et compréhension du phénomène physique associé L'étudiant mènera des travaux dédiés à l'élaboration de stratégies d'observation permettant de relier les signaux d'ondes gravitationnelles aux candidates de kilonovae, en s'appuyant sur les capacités de GRANDMA, de Vera Rubin Observatory, de LIGO-Virgo et du satellite SVOM. Il utilisera à la fois des modèles de kilonovae et la sensibilité des instruments d'observation et des détecteurs d'ondes gravitationnelles, ainsi que la diversité des systèmes progéniteurs à l'origine du signal de kilonovae.

Dans cette perspective nouvelle avec Vera Rubin, l'étudiant contribuera à la caractérisation détaillée des kilonovae en combinant des observations issues des domaines visible, gamma et gravitationnels. Cela permettra d'améliorer l'identification et l'interprétation physique de ces phénomènes transitoires. Notamment, ces travaux permettront de contraindre des paramètres physiques fondamentaux, tels que la nature des progéniteurs, la masse de matière éjectée lors de l'événement, ainsi que l'équation d'état de la matière nucléaire ultra-dense.