h/f doctorant en chronométrie radio des pulsars "veuves noires" et applications pour la recherche d'ondes gravitationnelles

Date Limite Candidature : jeudi 7 avril 2022 Assurez-vous que votre profil candidat soit correctement renseigné avant de postuler. Les informations de votre profil complètent celles associées à chaque candidature. Afin d’augmenter votre visibilité sur notre Portail Emploi et ainsi permettre aux recruteurs de consulter votre profil candidat, vous avez la possibilité de déposer votre CV dans notre CVThèque en un clic ! INFORMATIONS GÉNÉRALES Référence : UMR7328-ISALAN-020 Lieu de travail : ORLEANS Date de publication : jeudi 17 mars 2022 Nom du responsable scientifique : Gilles THEUREAU Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral Durée du contrat : 36 mois Date de début de la thèse : 1 octobre 2022 Quotité de travail : Temps complet Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel DESCRIPTION DU SUJET DE THÈSE Caractérisation détaillée des paramètres orbitaux et des éclipses des pulsars « veuves noires » par leur chronométrie radio et utilisation de cette nouvelle population de pulsars rapides pour la détection du fond d'ondes gravitationnelles. date début: Octobre 2022 Produits finaux de l'évolution des étoiles les plus massives, les étoiles à neutrons ont des diamètres de 20 à 30 km, des masses comprises entre 1,2 et 2 masses solaires, et des champs magnétiques gigantesques qui peuvent dépasser 108 T. Lors de l'effondrement gravitationnel qui leur a donné naissance, elles ont acquis une rotation extrêmement rapide et stable qui leur confie des propriétés d'horloges cosmiques incomparables. Leur faisceau de rayonnement balayant l'espace comme un phare, on les observe en radio sous la forme de pulsars avec des périodes de rotation de quelques secondes à quelques millisecondes. La précision des mesures sur les temps d'arrivée des impulsions radio atteint parfois bien mieux que la microseconde et permet des études très détaillées des paramètres orbitaux dans les systèmes binaires, notamment l'analyse de nombreux effets relativistes. La chronométrie d'un réseau de pulsars ultra-stables (Pulsar Timing Array) fonctionne par ailleurs comme un détecteur galactique géant pour observer les ondes gravitationnelles dans le domaine compris entre le nHz et le μHz. Une nouvelle population de pulsars très rapides a été révélée il y a quelques années, d'abord souvent par leur rayonnement à haute énergie dans le domaine des rayons gamma. Beaucoup de ces systèmes sont vus également en ondes radios. On les appelle les « Veuves Noires », parce qu'ils sont en orbite avec des compagnons de faible masse qu'ils ont « dévoré » en partie. Leur orbite est étroite, avec une période orbitale typique de quelques heures. La chronométrie de ces pulsars révèle des variations lentes et apparemment aléatoires de la période orbitale qui sont possiblement liées aux effets de marée imposés par le pulsar sur son compagnon. Par ailleurs, l'irradiation du compagnon par le pulsar provoque l'évaporation de ce dernier, ce qui donne lieu à des éclipses du pulsar par le matériau évaporé. La modélisation de ces deux phénomènes par des méthodes stochastiques et/ou déterministes a le potentiel de permettre l'inclusion de ces pulsars dans les réseaux de chronométrage de pulsars (PTA) en découplant ces phénomènes de l'effet provoqué par le passage d'ondes gravitationnelles. Cette thèse s'élaborera à partir de travaux récents [1], notamment sur les points suivants : * étude des évolutions temporelles, fréquentielles et en polarisation du faisceau de rayonnement de chaque pulsar, pour permettre leur séparation du signal gravitationnel recherché ; * évaluation de l'effet des éclipses sur la détection d'ondes gravitationnelles ; * inclusion de l'effet encore peu étudié du moment quadrupolaire gravitationnel du compagnon [2] dont la mesure donnera accès à la structure interne de ces étoiles à l'évolution inhabituelle ; * étude des corrélations éventuelles entre les irrégularités de la période orbitale et les autres observables et caractéristiques du système (notamment les éclipses ou les informations provenant d'observations optiques du compagnon, mais aussi les propriétés du pulsar lui-même); * évaluation de différentes méthodes de modélisation des variations de la période orbitale (e.g. décomposition sur différentes bases de fonctions, analyse en composantes principales, méthodes stochastiques telle que les processus gaussiens [3]) ; * études de population en inter-comparant les propriétés d'une quinzaine de ces systèmes « veuves noires » suivis très régulièrement avec le grand radiotélescope décimétrique de Nançay (NRT). Références : [1] The Feasibility of Using Black Widow Pulsars in Pulsar Timing Arrays for Gravitational Wave Detection, Bochenek et al. 2015, http://adsabs.harvard.edu/abs/2015ApJ...813L...4B [2] First measurement of the total gravitational quadrupole moment of a black widow companion, Voisin et al. 2020, https://academic.oup.com/mnras/article/494/3/4448/5818352 [3] Einstein@Home discovery of the gamma-ray millisecond pulsar PSR J2039–5617 confirms its predicted redback nature, Clark et al. 2021, https://doi.org/10.1093/mnras/staa3484 [4] The International Pulsar Timing Array: second data release, Perera et al. 2020, https://arxiv.org/abs/1909.04534 CONTEXTE DE TRAVAIL L'étudiant(e) sera accueilli(e) au sein de l'équipe d'astrophysique du LPC2E à Orléans, qui collecte des données chronométriques très précises depuis plus de 20 ans avec le NRT, développe instrumentations dédiées et chaînes de traitement, et collabore au niveau européen et mondial (European and International Pulsar Timing Arrays – EPTA and IPTA) pour la mise en commun des données et des outils d'analyse. Il/elle participera activement à l'exploitation des données NRT et à leur combinaison avec celles issues d'autres radiotélescopes, notamment du nouvel instrument MeerKAT, précurseur du Square Kilometre Array (SKA), et déployé en Afrique du Sud. Il/elle interagira notamment fortement dans les groupes de travail «timing» de l'EPTA et de l'IPTA, et participera à la combinaison des données mondiales, dont le but est d'améliorer le seuil de détection du fond d'ondes gravitationnelles [4]. Il/elle travaillera par ailleurs en étroite collaboration avec Guillaume Voisin, chercheur au LUTh (Observatoire de Meudon), et René Breton, chercheur à l'Université de Manchester (Royaume-Uni), tous deux spécialistes de la modélisation de l'émission et des propriétés orbitales des « veuves noires », et qui apporteront leur expertise théorique pour accompagner le projet. CONTRAINTES ET RISQUES Aucun INFORMATIONS COMPLÉMENTAIRES Équipe: Gilles Theureau (LPC2E, CNRS Orléans, France) – directeur de thèse Lucas Guillemot (LPC2E, CNRS Orléans, France) – co-encadrant Guillaume Voisin (LUTh, Paris Observatory, France) René Breton (Manchester University, UK)