Accélération de particules dans les sources astrophysiques

Proposition de sujet de stage M2
Accélération de particules dans les sources astrophysiques relativistes
La physique de l'accélération de particules dans les sources astrophysiques relativistes, telles que
les sursauts gamma, les blazars, les vents de pulsars etc., se place au cœur du domaine des
«astroparticules» et de l'astrophysique des hautes énergies, car elle régit la production des
particules chargées qui produisent à leur tour photons ou neutrinos de haute énergie par
interaction avec les champs environnants. Selon un scénario communément admis, cette
accélération traduit la dissipation de l'énergie d'ensemble d'un flot relativiste en un gaz de
particules accélérées, par interaction entre ces particules et des modes électromagnétiques rapides
du plasma. La compréhension de l'accélération fait donc appel à de l'hydrodynamique relativiste,
à de la physique des processus radiatifs et à de la physique des plasmas relativistes. L'interaction
non-linéaire entre les particules et la turbulence électromagnétique rend ce problème complexe.
Des avancées significatives ont été obtenues ces dernières années, en particulier grâce à
l'utilisation de simulations numériques particle-in-cell (PIC), qui permettent de simuler ab initio
la dynamique d'un plasma non-collisionnel. Pour autant, de nombreuses questions restent en
suspens, notamment sur le développement du processus d'accélération dans un régime magnétisé
ou modérément relativiste.
Ce stage de recherche propose d'étudier la physique de l'accélération dans les ondes de chocs
modérément relativistes, telles qu'on peut les envisager au sein du vent d'un sursaut gamma. Cette
étude se fera à la fois par des calculs numériques de haute performance PIC et par des études
analytiques. Le code PIC existe déjà, mais il est actuellement utilisé pour étudier des phénomènes
d'interaction laser-plasma, et doit donc être optimisé en vue des applications astrophysiques.
Ce stage se fera conjointement sous la direction de Martin Lemoine (Institut d'Astrophysique de
Paris - IAP) et Laurent Gremillet (Direction des Applications Militaires du CEA -
CEA/DAM/DIF), spécialiste de l'interaction laser-plasma et des simulations numériques. Ce
stage peut donner lieu par la suite à une thèse ; de nombreux autres développements sont en effet
envisageables car ces codes PIC ne sont utilisés que depuis peu dans le domaine de
l'astrophysique des hautes énergies et de l'astroparticule.
Contacts:
Martin Lemoine
Institut d'Astrophysique de Paris
98 bis boulevard Arago, 75014 Paris
Tél.: [phone] - email: [email protected]
Laurent Gremillet
CEA, DAM, DIF
F-91297 Arpajon
Tél.: [phone] - email: [email protected]