Optimisation des performances du télescope gamma Fermi/LAT

Proposition de sujet de thèse pour 2012 (1 page max)
Sujet
Optimisation des performances du télescope gamma Fermi/LAT
Responsable CNES
Olivier LaMarle
Laboratoires d’accueil envisagés
LUPM and IRAP
Responsable dans le laboratoire
(coordonnées complètes)
Johann Cohen-Tanugi, LUPM, Bat.13, Université Montpellier 2, 4 pl. Eugene
Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5
Jürgen Knödlseder, IRAP, Université de Toulouse, 9, avenue du Colonel Roche,
31028 Toulouse Cedex 4
Cofinanceur envisagé
CNRS, Ministère, Régions
Profil du candidat
Mastère en Physique ou Informatique, ou équivalent
Description succinte du sujet.
Joindre une fiche détaillée si
nécessaire
Après trois ans de prise de données, le Large Area Telescope (LAT) à bord de
l’observatoire Fermi a permis d’améliorer profondément notre compréhension du
ciel aux hautes énergies, en dévoilant environ 2 000 nouvelles sources de rayons
gamma qui témoignent des phénomènes énergétiques dans l’Univers (accélération
de particules relativistes, explosions d’étoiles, interaction des rayons cosmiques
avec le milieu interstellaire). Pour comprendre la physique derrière ces
phénomènes, une couverture spectrale maximale est requise afin de contraindre le
mieux possible les différents processus physiques en jeu (émissions
Bremsstrahlung, inverse Compton, décroissance des pions). Également, l’imagerie
des sources peut révéler la morphologie des émissions, renseignant sur les sites qui
sont à l’origine des rayons gamma.
Dans le cadre de cette thèse nous proposons d’augmenter la bande spectrale
accessible par le LAT et d’améliorer les capacités d’imagerie des émissions gamma
afin d’exploiter pleinement le potentiel scientifique de l’instrument.
Le LAT enregistre des photons gamma à partir d’environ 10 MeV, or seules les
données au-dessus de ~100-200 MeV sont aujourd’hui exploitables
scientifiquement. Pour abaisser ce seuil en énergie, et pour obtenir ainsi des
contraintes inédites sur la partie basse énergie des spectres des sources, une étude
spécifique de l’efficacité de détection et de la sélection des événements enregistrés
doit être mené. Ce travail s’appuiera sur des simulations Monte-Carlo de
l’instrument, qui seront à mettre en œuvre et à exploiter pendant la thèse. À partir de
cette analyse, des fonctions de réponse « basses énergies » seront à déterminer, et à
appliquer aux données de quelques sources bien connues (comme le Crabe ou le
pulsar de Vela) pour validation.
Le deuxième volet de la thèse consiste en le développement d’un algorithme de
restauration d’image de type Richardson-Lucy évènement-par-événement, avec
utilisation complète de la matrice de covariance disponible pour chaque événement.
Un tel algorithme novateur permettra d’exploiter le mieux les capacités d’imagerie
du LAT car il prendra en compte les variations importantes dans la fiabilité des
directions d’arrivées des photons enregistrés. Ce travail permettra enfin de faire le
pont avec un effort prometteur dans l’avenir, visant à utiliser la matrice de
covariance directement dans l’analyse des données.
Cette thèse, à caractère instrumental, s’effectuera au sein d’une large collaboration
internationale, et la thèse s’inscrit dans un effort global de la collaboration à obtenir
les meilleures performances du LAT.
Ce travail jouira d'une grande visibilité, car il est original au sein de la collaboration
LAT, et s'appuie sur une expertise reconnue des deux responsables, concrétisée par
des communications internes et externes sur les deux volets du projet.