Stages de Master 2 en Astrophysique
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Informations sur le stage Catégories Planétologie: physique, dynamique et chimie des atmosphères et surfaces planétaires Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Sujet du stage Propagation des ondes acoustiques dans l'atmosphère de Mars : modélisation et application aux missions martiennes Description Les prochaines missions à destination de Mars auront des capteurs permettant de détecter des ondes acoustiques dans la gamme des infrasons (micro-baromètre à bord d'INSIGHT) ou dans la gamme des sons (microphone à bord de MSL2020). Les données receuillies par ces capteurs auront de multiples applications telles que la détection d'entrées de météorites et de « dust devils » pour les infrasons, et la mesure des ondes sonores produites par les instruments de MSL 2020 qui devrait à la fois permettre de mieux caractériser l'atténuation des ondes et donc l'atmosphère martienne, mais aussi la réponse du milieu aux sondages par les instruments. Pour pouvoir analyser correctement ces données il convient de construire un modèle d'atmosphère martienne qui doit en particulier prendre en compte la forte atténuation des ondes sonores par les modes de vibration et de rotation des molécules de dioxyde de carbone. L’objectif du stage est de mettre en place un outil de simulation numérique de la propagation des ondes acoustiques dans l'atmosphère de Mars. Tout d'abord un modèle d'atmosphère, incluant les paramètres d'atténuation des ondes, sera construit. Puis un modèle simple de propagation permettra de quantifier la fonction de transfert de l'atmosphère en fonction de la distance à la source sonore. Les résultats de ce modèle pourront être comparés aux expériences en environnement martien réalisées à l'IRAP. Puis ce modèle sera intégré dans le code d'éléments spectraux SPECFEM2D pour une modélisation de la propagation des infrasons sur des grandes échelles spatiales. Ces modélisations permettront de prédire les signaux attendus sur le mirco-baromètre d'INSIGHT pour une entrée de météorite, en particulier de quantifier jusqu'à quelle distance et pour quelle conditions atmosphériques (jour/nuit) l'onde infrason pourra être détectée. Nature du travail demandé Simulations numériques Modélisation Expérimentation en laboratoire Pré-requis Bon niveau en physique et informatique. Connaissances en physique de la propagation des ondes et de l'atmosphère appréciées. Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 6 mois Encadrant Raphael Garcia (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 33 81 08 Co-encadrant David Mimoun [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Géodésie et géodésie spatiale Sujet du stage Ondes atmosphériques créées par les séismes et tsunamis : Modélisation et applications aux données du Satellite GOCE Description Des travaux récents (Garcia et al., 2013) ont démontré que les ondes infrasons produites par les ondes sismiques et les ondes de gravité produites par les tsunamis peuvent être détectées par des satellites en orbite très basse tels que GOCE. Cependant les outils de modélisation actuels de ces ondes ne permettent pas de prendre en compte les variations latérales des paramètres atmosphériques (vitesse du son, atténuation des ondes, vents...), ni de réaliser la modélisation simultanée des ondes acoustiques et de gravité par le même outil. Pourtant un tel outil est nécessaire pour comprendre les signaux mesurés près de la source sismique, ainsi que les mouvements atmosphériques dans l'onde mesurés par GOCE. De plus, savoir prédire les signaux attendus doit permettre de spécifier correctement des futures missions spatiales dédiées à la mesure de ces signaux. L’objectif du stage est de mettre en place un outil de simulation numérique de la propagation des ondes acoustiques et de gravité dans l'atmosphère terrestre. Pour cela, l'on repartira des développements déjà en cours dans la suite de modélisation en éléments spectraux SPECFEM. En effet, le forçage de l'atmosphère par le bas, ainsi que l'atténuation des ondes sonores ont été implémentés récemment dans SPECFEM2D. Cependant de nombreuses modifications sont nécessaires pour intégrer les ondes de gravité, ainsi que pour passer la modélisation des ondes infrasons en 3 dimensions. Ces développements seront testés par comparaison avec des solutions analytiques, puis appliqués aux données mesurées par GOCE. Enfin, les sorties des modélisations serviront à la création de première spécifications pour une mission dédiée proposée dans le cadre de la prospective 2014 du CNES. Nature du travail demandé Instrumentation Simulations numériques Traitement de données Pré-requis Bon niveau en physique et informatique. Connaissances en physique de la propagation des ondes et de l'atmosphère appréciées. Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 6 mois Encadrant Raphael Garcia (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 33 81 08 Co-encadrant Dimitri Komatitsch [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Physique et chimie des milieux interstellaires et circumstellaires Sujet du stage ASAI: vers la connaissance de nos origines Description Grâce au lancement réussi de l'observatoire spatial Herschel et grâce aux avancées techniques des observatoires au sol, les scientifiques ont pu avancer dans la compréhension de la formation d'un système planétaire comme le nôtre. Le projet ASAI (Astrochemical Surveys At IRAM) est une collaboration européenne d'observations au télescope du 30m de l'IRAM d'un certain nombre de sources allant des coeurs pré-stellaires, des proto-étoiles, des disques proto planétaires, traçant tout un processus aboutissant à la naissance d'une étoile de type solaire et par conséquent de la planète Terre. Nous sommes entrés dans un véritable âge d'or de l'astrochimie et ce programme d'observations va nous permettre d'attaquer la question de nos origines chimiques, c'est à dire de comprendre ce long processus aboutissant à notre Système Solaire (SS). Comprendre cette histoire, qui est fortement liée à celle de l'origine de la vie sur Terre, est une des questions clés de l'astrophysique moderne. Un nombre croissant d'indices observationnels suggère que les corps du SS ont hérité, au moins partiellement, du matériau chimique issu des premières phases de formation du Soleil. Ainsi les observations de l'eau (à travers le rapport HDO/H2O) dans les comètes et dans les régions de formation d'étoiles sont nécessaires par comparaison avec le rapport D/H des océans. En outre, de nombreuses molécules organiques complexes présentent un rapport D/H très élevé dans l'environnement des protoétoiles, si bien que la forte deutération des acides aminés observée dans les météorites suggère qu'au moins une partie d'entre eux s'est formée très précocement dans l'histoire du SS. Tous ces éléments pointent vers une même direction: la complexité moléculaire des objets du SS paraît intimement liée à celle des phases précoces de la formation du Soleil. Nous proposons, lors de ce stage, que l'étudiant(e) se penche sur les observations de deux sources: le coeur pré-stellaire L1544 et la protoétoile de type solaire NGC1333-IRAS4A. Ces deux sources ont été très étudiées et sont à l'origine de multiples découvertes quant à leur inventaire chimique. L'étudiant(e) manipulera les données acquises pour ces deux sources à travers l'utilisation de GILDAS et du logiciel CASSIS. Il/elle se familiarisera avec les méthodes de transfer radiatif à travers l'approximation de l'Equilibre Thermodynamique Local ou bien l'approximation LVG (Large Velocity Gradient), puis par l'utilisation du code Monte-Carlo RATRAN. Plus d'informations http://www.oan.es/asai/ Nature du travail demandé Traitement de données Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 4.5 mois Encadrant Charlotte Vastel (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 561 557 544 Co-encadrant Bottinelli Sandrine [email protected] Gratification En cours de négociation Informations sur le stage Catégories Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Processus physiques en astrophysique, physique fondamentale et expérimentale Sujet du stage Observation et simulation de l’ionosphère polaire soumise aux ondes MHD Description Contexte : Depuis de nombreuses années, on sait que des ondes MHD à ultra-basses fréquences (ULF) se propagent dans l’environnement ionisé terrestre. Elles sont observées localement mais aussi globalement, à tel point qu’elles jouent un rôle important dans le couplage entre le vent solaire, la magnétosphère et l'ionosphère contribuant notamment aux transferts d’énergie. Nous nous intéresserons au mode d’Alfvén qui se propage le long des lignes de champ magnétique et qui a la particularité de perturber de manière caractéristique l’ionosphère lorsqu’il traverse le milieu : les fluctuations périodiques du champ électrique et des courants alignés au champ magnétique associées à l’onde font varier les températures ioniques et électroniques. D'un point de vue expérimental les fluctuations observées des températures ioniques et électroniques sont donc susceptibles de nous renseigner sur les ondes d’Alfvén se propageant dans l’ionosphère, et avec l’aide d’un modèle numérique nous pourrions de manière pertinente caractériser ces ondes depuis la région de perturbation jusqu’à la source. Notre équipe a donc élaboré un modèle de propagation d’onde d’Alfvén dans l’ionosphère terrestre, qui prend en compte les différents modes de propagation des ondes ainsi que leur réflexion à la base de l’ionosphère ; il est ainsi possible de connaître en tout point de l’espace, les perturbations électrique et magnétique dues à ces ondes. Ce modèle électromagnétique de propagation d'onde a été couplé avec le code de simulation TRANSCAR qui calcule les densités, vitesses, et températures du plasma ionosphérique. Avec un tel modèle, nous sommes en mesure de caractériser plus finement les signatures des ondes sur les paramètres ionosphériques. Déroulement du stage : Afin d’appréhender le sujet de manière complète, nous proposons d’un point de vue pratique un stage avec deux volets, volets qui pourront être plus ou moins approfondis selon les aspirations du stagiaire : 1. Un volet d’analyse des données radar et satellites récoltées. Cette analyse permettra de mieux cerner le type d’ondes observées et de comprendre la réponse ionosphérique aux ondes. Nous nous attacherons en particulier à quantifier les modifications thermodynamiques de l’ionosphère polaire. 2. Un volet de modélisation qui consistera à compléter et affiner le modèle dont nous disposons en le confrontant aux données. Nature du travail demandé Simulations numériques Traitement de données Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 3-5 mois Encadrant Frédéric Pitout (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 66 81 Co-encadrant François Forme [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Formation, structure et évolution des étoiles Sujet du stage Sismologie des étoiles de type solaire : influence de la turbulence de surface Description Les étoiles comme le Soleil oscillent sous l’effet d’ondes acoustiques (modes p) qui sont générées par la convection de surface et se propagent à l’intérieur de l’étoile. La mesure des fréquences d’oscillation de ces modes propres permet de contraindre la structure interne des étoiles. L’héliosismologie a ainsi permis de connaître finement l’intérieur solaire (température centrale, profondeur de l’enveloppe convective, quantité d’hélium, processus de diffusion et de mélange, rotation interne...) et d’affiner nos modèles de structure interne. Toutefois, même aujourd’hui, il reste des écarts significatifs entre les fréquences des modes observées et celles calculées à partir des modèles de structure interne. Ces écarts, insignifiants à basse fréquence, augmentent progressivement avec la fréquence des modes. On attribue ces écarts à une mauvaise modélisation des couches les plus externes du Soleil. En effet, les modèles de structure interne sont des modèles hydrostatiques qui ne prennent pas en compte les effets de la turbulence et du champ magnétique qui peuvent être important à la surface. En héliosismologie, il est aisé de s’affranchir de ces effets de surface, car on connaît précisément le rayon et la masse du Soleil. Il n’en est pas de même pour les autres étoiles. Grâce aux missions spatiales CoRoT et Kepler, nous disposons d'observations astérosismologiques pour des centaines d’étoiles de type solaire dont l’interprétation est entachée par ces effets de surface. Des méthodes ont été proposées pour en corriger les effets de manière ad hoc. Pendant ce stage, l’étudiant explorera une autre voie. Il utilisera des modèles de la structure des couches externes du Soleil obtenus à l’aide de simulations hydrodynamiques 3D, qu’il combinera à un modèle hydrostatique de structure interne. Il fera des calculs d’oscillations en prenant en compte les termes supplémentaires induit par la turbulente pour quantifier la contribution de celle-ci aux fréquences des modes. Plus d'informations http://www.jerome-ballot.fr/post/2013/10/17/Stage2014A Nature du travail demandé Modélisation Pré-requis Physique stellaire Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 5 mois environ Encadrant Jérôme Ballot (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 33 27 20 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Formation, structure et évolution des étoiles Sujet du stage Simulation de la convection stellaire superficielle Description Le succès des simulations hydrodynamiques radiatives (RHD) à reproduire la granulation solaire a favorisé l'émergence de l'analyse spectroscopique 3D et a encouragé l'extension de ces simulations à d'autres étoiles. Les étoiles de type A présentent une couche convective de surface très fine qu'on souhaite aujourd'hui simuler pour interpréter correctement les observations spectroscopiques. A ce jour, très peu de travaux de ce genre ont été menés pour ce type d'étoiles en raison de deux difficultés majeures : d'une part l'apparition de flots supersoniques dans les couches les plus superficielles de l'étoiles, et d'autre part la présence dans les équations de termes sources raides dus au refroidissement radiatif générés par de forts gradients thermiques au niveau de la photosphère. Pour ces étoiles, ce terme entraîne une réduction drastique du pas de temps d'un schéma d'intégration explicite. De telles pas de temps sont beaucoup plus petits que les échelles de temps dynamiques qui nous intéressent, ce qui rend les simulations extrêmement coûteuses à 2D, et quasiment impossibles à mener en 3D si on souhaite une résolution spatiale suffisante. Une solution consiste donc à intégrer ces termes à l'aide d'un schéma implicite. Le code hydrodynamique ANTARES (Advanced Numerical Tool for Astrophysical RESearch) est un code RHD complètement compressible basé sur un schéma ENO/WENO (essentiellement non oscillant) permettant une capture de chocs efficace. Récemment, un schéma d'intégration implicite (IMEX) a été implémenté dans le code et est utilisé pour l'étude de phénomènes dynamiques, telle la semiconvection, dans les régions profondes des étoiles. Pendant ce stage, l'étudiant aura pour but de réaliser avec ANTARES des simulations 2D de la convection de surface d'une étoile A en utilisant ce schéma numérique. Pour ce faire, on simplifiera dans un premier temps le problème en traitant les termes de refroidissement dans le cadre de l'approximation d'Eddington. L'étudiant devra tester cette méthode, étudier sa stabilité et identifier les avantages qu'on peut en tirer pour les simulations de la granulation stellaire. Plus d'informations http://www.jerome-ballot.fr/post/2013/10/17/Stage2014B Nature du travail demandé Simulations numériques Pré-requis Physique stellaire, hydrodynamique Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 5 mois environ Encadrant Jérôme Ballot (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 33 27 20 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Cosmologie, Univers primordial, origine et évolution des grandes structures de l'Univers et des galaxies Sujet du stage Etude des propriétés physiques du gaz des amas de galaxies avec Herschel et Planck Description Les amas de galaxies sont les plus grandes structures auto-gravitantse de l'Univers. Ce sont en effet les dernières structures à s'être formées. Leur distribution en masse et en redshift dépend donc fortement de la cosmologie de l'Univers. En terme de masse, les amas de galaxies sont constitués de ~85% de matière noire, ~12% de gaz chaud et ~3% de galaxies. Si via la matière noire, la gravité est le moteur principal de leur formation et de leur évolution, nous les observons au travers leur composante baryonique (c.a.d, le gaz chaud intra-amas et les galaxies). Afin de comprendre la formation et l'évolution de ces structures, et d'en caractériser les propriétés, il est fondamental de comprendre les processus physiques qui gouvernent leur composante baryonique (ex: refroidissement radiatif du gaz, processus de chauffage milieu intra-amas par les super-novae et les AGN de leur galaxies, l'évolution chimique du gaz, la formation d'étoile dans les galaxies, etc). Le satellite Planck a détecté plus de 1200 amas de galaxies sur tout le ciel via l'effet Sunyaev-Zeldovich (SZ) produit par la Comptonisation inverse des photons du fond de rayonnement cosmologique à la traversée du milieu intra-amas. Le programme HPASSS (Herschel & Planck All-Sky Source Snapshot Legacy Survey) inclut le suivi de 25 de ces amas (sur 200 sources) par le satellite Herschel. Malgré l'importante différence de résolution angulaire de ces deux satellites, la combinaison de leurs observations assure une couverture en longueur d'onde inédite qui doit permettre la caractérisation de l'origine de leur émission de l'infra-rouge lointain au millimétrique : émission de poussière des galaxies de l'amas ou émission de la poussière du milieu intra-amas, ou encore émission SZ sub-millimétrique fonction de la température du gaz. Dans ce contexte, nous proposons un travail observationnel d'analyse des données Herschel/SPIRE de ces 25 amas de galaxies : 1 - Détecter, quantifier et soustraire l'émission due au sources ponctuelles dans les champs observés (image Herschel/SPIRE). 2 - Quantifier la distribution spectrale d'énergie des amas de l'infra-rouge lointain au millimétrique en combinant les données Herschel aux données du satellite Planck 3 - Modéliser l'émission résiduelle due aux poussières et celle due au gaz chaud intra-amas. Ce travail s'inscrit dans le cadre de la collaboration HPASSS constituée essentiellement de chercheurs membres de la collaboration Planck. Nature du travail demandé Observations Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 4 mois Encadrant Etienne Pointecouteau (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 81 89 Co-encadrant Ludovic Montier [email protected] , +33 5 61 55 65 51 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Processus physiques en astrophysique, physique fondamentale et expérimentale Sujet du stage Titre : Stabilité des structures magnétiques: exploration d'une nouvelle théorie. Description La reconnexion magnétique est classiquement invoquée pour expliquer les instabilités explosives observées régulièrement dans les structures magnétiques des environnements astro/géophysiques. Si son principe est connu, bien des aspects restent encore à comprendre notamment dans des plasmas sans collisions. Cela a justifié une reconsidération récente des théories de stabilité des couches de courant (Tur et al. 2010, Fruit et al. 2013) par un nouveau modèle cinétique. Ces calculs ont montré l'existence de modes d'oscillations électromagnétiques en résonance avec le mouvement de rebond des électrons piégés dans la couche de courant. Si la couche est suffisamment fine, ces modes peuvent devenir instables voire explosifs. Ils seraient donc possiblement à l'origine de ces instabilités magnétiques fortes. Dans ce stage, il s'agira tout d'abord de caractériser la polarisation de ces modes et de dégager les grandeurs physiques observables ; puis, dans un second temps, d'analyser quelques cas expérimentaux significatifs afin d'identifier ces modes instables. Pour cette étude observationnelle, on utilisera les observations faites dans la queue magnétique terrestre (un parfait exemple de structure magnétique régulièrement instable à la suite de sous-orages magnétosphériques qui conduisent in fine à la formation des aurores polaires) par les missions Cluster ou Themis. La première partie nécessitera la maîtrise d'un outil de calcul scientifique (préférentiellement MATLAB) et la seconde partie utilisera AMDA, un logiciel developpé à l'IRAP/CDPP pour l'analyse des données plasma. Nature du travail demandé Traitement de données Modélisation Pré-requis cours de physique des plasmas Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 4 mois et demi Encadrant Gabriel Fruit (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] 0561558100 Co-encadrant Philippe Louarn [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Physique du soleil et de l'héliosphere Sujet du stage Tomographie de la sous-surface solaire : étude de l'émergence d'une tache Description L'activité magnétique du Soleil varie cycliquement, passant par des minima et des maxima avec une période d'environ 11 ans. Si on comprend dans les grandes lignes le processus dynamo à l'origine de ce cycle, on est loin d'avoir un modèle théorique prédictif. Comprendre l'origine du champ magnétique du Soleil et être capable d'en prédire l'évolution est un des enjeux fondamentaux de la physique solaire moderne de par son impact sur l'environnement solaire, en particulier sur la Terre et les autres planètes. La manifestation la plus évidente de cette activité magnétique est l'apparition de taches froides à la surface du Soleil. Comprendre leur évolution et leur dynamique sous la surface solaire est essentiel pour établir une relation claire entre l'intérieur du Soleil et l'activité magnétique photosphérique. L'héliosismologie nous permet aujourd'hui de sonder la sous-surface solaire en étudiant les ondes de surface (f) et les ondes acoustiques (p) se propageant dans l'intérieur solaire. Ces ondes produisent des mouvements de la photosphère détectables par effets Doppler. Nous disposons aujourd'hui d'excellentes données, consistant en des dopplergrammes, fournies par des missions spatiales offrant d'excellentes couvertures spatiales et temporelles. Au cours de ce stage, l'étudiant aura à analyser des données de l'instrument Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) à bord du satellite Solar Dynamics Observatory (SDO), et plus particulièrement une séquence d'observations montrant l'émergence d'une tache solaire au centre disque. Le but de l'étudiant sera d'étudier les ondes f pour reconstruire des cartes de la structure et de la dynamique sous la surface solaire, et d'en suivre l'évolution temporelle au cours de l'émergence de la structure magnétique. Pour ce faire, l'étudiant devra dans un premier temps valider dans le cadre de l'héliosismologie des techniques récemment mises au point en sismologie terrestre permettant de reconstituer de manière directe les fonctions de Green, et de chercher le meilleur compromis entre résolution spatiale et temporelle. L'étudiant pourra alors reconstruire des cartes de vitesse de phase (et donc de la structure thermodynamique de la sous-surface) et de déduire la vitesse des flots de matière et leur anisotropie. Selon la progression du travail, l'étude pourra être étendue aux ondes p. Plus d'informations http://www.jerome-ballot.fr/post/2013/10/17/Stage2014C Nature du travail demandé Traitement de données Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 5 mois environ Encadrant Jérôme Ballot (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 33 27 20 Co-encadrant Sébastien Chevrot [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Physique du soleil et de l'héliosphere Planétologie: physique, dynamique et chimie des atmosphères et surfaces planétaires Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Sujet du stage Impact des modèles de flux UV solaire sur la modélisation des ionosphères planétaires Description Contexte scientifique : L’irradiance solaire (ou stellaire de manière plus générale) dans les domaines UV et X est la source principale d’ionisation des atmosphères planétaires et donc de la formation des ionosphères. En modélisation, il est par conséquent essentiel de prendre en compte cette photo-ionisation dans les modèles numériques qui décrivent les ionosphères. A l’IRAP, nous développons un code de simulation ionosphérique appelé TRANSCAR (Blelly et al., 2005) qui est basé sur les traitements fluide et cinétique du transport du plasma ionosphérique. Le flux UV solaire, indispensable au calcul de la photo-ionisation, est donné par le modèle EUVAC (Richards et al., 1994) qui est basé sur le flux radio solaire à la longueur d’onde 10,7 cm (F10.7). Ce modèle, qui comporte certaines lacunes notamment lors d’une faible activité solaire, souffre maintenant de la concurrence de modèles décrivant plus précisément le spectre électromagnétique solaire. Le but de ce stage est donc d’inclure dans notre code de simulation TRANSCAR un modèle de flux solaire plus récent et d’étudier quantitativement les gains obtenus. Déroulement du stage : - On commencera par une inévitable phase de bibliographie pour faire le point sur les modèles de flux solaire existants, leurs formalismes et les paramètres sur lesquels ils se basent. - On procèdera ensuite au codage du ou des modèles sélectionnés pour les inclure au modèle TRANSCAR. - On mènera enfin des simulations pour comparer le modèle EUVAC avec les modèles trouvés, et quantifier leurs effets sur la formation des ionosphères planétaires. Nous pourrons aussi comparer ces simulations à des données récoltées sur Terre ou d’autres planètes pendant le dernier minimum solaire. Références : Blelly, P.-L., Lathuillère, C., Emery, B., Lilensten, J., Fontanari, J., and Alcaydé, D.: An extended TRANSCAR model including ionospheric convection: simulation of EISCAT observations using inputs from AMIE, Ann. Geophys., 23, 419-431, doi:10.5194/angeo-23-419-2005, 2005. Richards, P. G., J. A. Fennelly, and D. G. Torr (1994), EUVAC: A solar EUV Flux Model for aeronomic calculations, J. Geophys. Res., 99(A5), 8981–8992, doi:10.1029/94JA00518. Nature du travail demandé Simulations numériques Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 3-5 mois Encadrant Frédéric Pitout (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 66 81 Co-encadrant Pierre-Louis Blelly [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Astrophysique des hautes énergies, objets compacts, astroparticules, ondes gravitationnelles Sujet du stage Etude des performances du Nuclear Compton Telescope Description Le Nuclear Compton Telescope (NCT) est un télescope gamma embarqué en ballon stratosphérique qui réalisera des images et des spectres dans la gamme des photons d'énergie de 200 keV à 10 MeV. Cet instrument est réalisé par le Space Science Laboratory (Berkeley, Université de Californie, USA). Il est constitué de 12 détecteurs en germanium placés dans un blindage actif fait de scintillateurs en iodure de césium qui ont été fournis par l'IRAP. Les objectifs scientifiques de NCT sont l'étude de l'origine de l'émission d'annihilation des positrons (l'antiparticule des électrons) dans notre galaxie, de la nucléosynthèse des étoiles massives et des processus d'émissions gamma des objets compacts (noyaux actifs de galaxies, trous noirs stellaires, étoiles à neutrons). L'objectif du stage est d'étudier les performances de cet instrument par des simulations numériques. Il s'agira dans une première étape de se familiariser avec le principe de fonctionnement des télescopes Compton et les outils de simulation numérique associés. Dans une seconde étape, on calculera les performances du NCT (efficacité de détection, résolution angulaire et énergétique,...) en fonction de l'énergie et de la direction d'arrivée des photons. Ces résultats seront comparés au calibration au sol de l'instrument. Ces travaux permettront de déterminer les fonctions de réponses de NCT qui seront alors utilisées pour simuler l'observation de sources astrophysiques, en particulier la raie à 511 keV d'annihilation des positrons et la raie à 1809 keV produit par les décroissances radioactives de l'26Al éjecté par les étoiles massives. Ce travail pourrait se poursuivre dans le cadre d'une thèse co-financée par le CNES (demande en cours), avec un volet d'analyse et d'interprétation des données ; le NCT sera lancé en ballon stratosphérique en hiver 2014 en Antarctique, pour un vol longue durée (de 30 à 40 jours). Nature du travail demandé Instrumentation Observations Simulations numériques Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 4.5 mois Encadrant Pierre Jean (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 67 44 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Sujet du stage Assimilation de données de convection Superdarn dans un modèle numérique d’ionosphérique terrestre Description Le groupe ionosphère de l’IRAP est à la tête de nombreux moyens d’expertise instrumentaux et de modélisation permettant une étude précise du couplage entre la magnétosphère et l’ionosphère terrestre : modèle d’ionosphère TRANSCAR, modèle électrodynamique de la magnétosphère interne IMM, chaîne de radars SuperDARN mesurant la convection dans l’ionosphère des zones aurorales. La convection est une caractéristique forte de l’interaction entre la magnétosphère et le vent solaire. Le modèle IMM permet de la modéliser, et nous envisageons donc d’utiliser ce modèle dans un processus d’assimilation des données de convection observées par la chaîne SuperDARN afin d’extraire une information à haute valeur ajoutée sur l’électrodynamique du système magnétosphère-ionosphère : champ électrique de convection, courants alignés, précipitations,…. L’objectif est d’avoir un outil performant et le plus physique possible pour analyser l’électrodynamique globale à partir de la chaîne de radars SuperDARN. Cependant, le développement de l’algorithme d’assimilation implique des modifications notables sur le modèle IMM, que nous voulons engager. Ainsi, dans ce stage, nous proposons d’étendre le modèle IMM pour couvrir les régions d’interaction avec le vent solaire. Pour cela, dans un premier temps, nous proposons d’utiliser le modèle TRANSCAR interhémisphérique pour calculer les conductivités ionosphériques dans différentes conditions typiques d’heure locale et de saison et ensuite de bâtir un modèle réaliste de conductivités, qui sera intégré à IMM. Puis, nous envisageons de construire un modèle de courant aligné au champ magnétique dans la calotte polaire, paramétré par les observations et qui, associé au modèle de conductivité, permettra de définir des conditions limites ajustables dans la calotte polaire. En faisant varier ces conditions limites, nous pourrons déterminer l’électrodynamique au niveau ionosphérique et en déduire les cartes de convection, notamment dans le champ de vue des radars SuperDARN. Par le biais d'un algorithme de comparaison entre données et simulation, qui est à construire, nous pourrons faire varier les conditions limites afin d'obtenir un accord avec les observations issues de SuperDARN. Au-delà des cartes ionosphériques complètes, notre objectif est d’obtenir aussi des informations sur les paramètres d’entrée du modèle IMM tels que les densités et températures de la source de plasma magnétosphérique, afin d’avoir un diagnostic électrodynamique et thermodynamique le plus complet possible du système magnétosphère-ionosphère. Nature du travail demandé Simulations numériques Traitement de données Pré-requis Physique des plasmas spatiaux Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 4 à 6 mois Encadrant Aurélie Marchaudon (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 67 02 Co-encadrant Pierre-Louis Blelly [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Planétologie: physique, dynamique et chimie des atmosphères et surfaces planétaires Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Sujet du stage Modélisation de l’électrodynamique équatoriale Description La physique ionosphérique est l’objet d’un regain d’intérêt pour une raison essentielle liée aux propriétés dispersives de ce milieu. En effet, l’ionosphère joue un rôle critique dans les communications sol-espace (ex. GPS) et pour pouvoir maîtriser ce rôle, les systèmes de communication acquièrent une information intégrée à grande échelle sur l’ionosphère, comme les mesures de Total Electron Content (TEC). Ces paramètres fournissent une information sur la dynamique du système magnétosphérique en raison de l’imbrication de l’ionosphère dans les relations Soleil-Terre, mais leur exploitation scientifique est rendue difficile par leur caractère intégré. Une mise en perspective de ce type de données avec des données plus classiques sur l’état et la dynamique de l’ionosphère (comme des mesures radars ou satellites) requiert l’utilisation d’un modèle complexe numérique de l’ionosphère terrestre comme le modèle TRANSCAR que nous avons développé à l’IRAP. Nous souhaitons pouvoir exploiter ces données pour contraindre nos modèles, et nous envisageons donc d’étendre le code ionosphérique à toutes les latitudes. En particulier, nous souhaitons pouvoir couvrir la région équatoriale dont l’électrodynamique est dominée par l’électrojet équatorial, lui-même contrôlé par la dynamique de l’atmosphère neutre. Cette région particulière est caractérisée notamment par la fontaine équatoriale et des instabilités de région F, qui sont des éléments dominants dans les fluctuations de TEC. L’objectif de ce stage est donc de développer le module électrodynamique spécifique de cette région et de l’intégrer dans le modèle ionosphérique. Le nouveau modèle sera testé sur le phénomène de la fontaine équatoriale, qui conduit à créer des zones de surdensité électronique aux frontières nord et sud de la région. Nature du travail demandé Simulations numériques Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-03-01 Durée proposée : 4 mois Encadrant Pierre-Louis BLELLY (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 66 68 Co-encadrant Aurélie Marchaudon (0561556702) [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Physique du soleil et de l'héliosphere Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Sujet du stage La nongyrotropie électronique permet-elle d’identifier un site de reconnexion ? Description La reconnexion magnétique est un processus plasma aux conséquences très importantes quant au transport et à l’accélération/chauffage des plasmas astrophysiques. Découverte par son impact majeur dans le cadre de la physique solaire et magnétosphérique, on pense aujourd’hui que la reconnexion magnétique joue également un rôle de premier plan dans de nombreux phénomènes tels que par exemple les éruptions dans les couronnes stellaires ou de disques d’accrétion, dans le transport du moment cinétique dans ces mêmes disques, dans les mécanismes d’accélération de particules à de très hautes énergies. Le milieu héliosphérique est un milieu très privilégié car l’observation in situ de la reconnexion magnétique y est possible. La communauté internationale, NASA en tête, va lancer en octobre 2014, la mission Magnetospheric MultiScale (MMS), constituée de 4 satellites en formation serrée (jusqu’à 10km !), dont l’objectif prioritaire est l’étude des mécanismes contrôlant la reconnexion magnétique. La très haute résolution d’MMS pose un sérieux défi à la communauté numérique, qui doit rendre ses modèles plus réalistes en vue d’une comparaison future avec les données in situ. Le but de ce stage est de déterminer la qualité d’un paramètre appelé «nongyrotropie» vis à vis de la détection d’un site de reconnexion. L’étudiant, devra utiliser un code Particle-In-Cell parallèle, écrit à la NASA, pour réaliser des simulations de reconnexion magnétique, dans lesquelles les signatures de nongyrotropie seront étudiées. L’étudiant devra, dans un premier temps, comprendre où de fortes signatures de nongyrotropie apparaissent dans la simulation. Ensuite, il s’agira de comprendre les mécanismes physique à l’origine de cette nongyrotropie, et enfin déterminer comment ces structures et mécanismes évoluent lorsque le rapport de masse électrons/ions est rendu plus réaliste (il est souvent réduit dans les modèles pour des raisons de temps de calcul). L’analyse de vraies données in-situ de la mission ESA/Cluster sera également envisagée. Techniquement, l’étudiant devra avoir une aisance et un goût pour la programmation, le plus gros du travail consistera à utiliser des routines (python) d’analyse déjà existantes et en développer de nouvelles. De légères modifications dans le code de simulations (fortran) sont également à prévoir, ainsi que l’utilisation d’IDL pour l’analyse des données spatiales. Ce stage est susceptible de ce prolonger en thèse dont un financement ANR est déjà acquis. Plus d'informations http://www.nicolasaunai.com/teaching/stages/stagem2ng2013/ Nature du travail demandé Simulations numériques Traitement de données Pré-requis Bases de physique des plasmas sont un plus Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-03-31 Durée proposée : Encadrant Nicolas Aunai (Chercheur en contrat post-doctoral) [email protected] 0671841783 Co-encadrant Benoit Lavraud [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Physique du soleil et de l'héliosphere Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Sujet du stage Equilibre cinétique, quelle condition initiale pour la reconnexion magnétique ? Description Une grande partie de l’univers est constituée de plasmas magnétisés pour lesquels la dissipation collisionnelle est négligeable. Dans ces conditions, les champs magnétiques créés par deux objets, e.g. une planète et son étoile, ne peuvent s’interconnecter et chaque environnement reste confiné, séparé de l’autre par une frontière magnétique a priori étanche. Ainsi existent par exemple les magnétosphères, confinées du vent solaire, ou encore l’héliosphère, confinée du milieu interstellaire. L’étude des interfaces magnétiques est d’une importance cruciale car leur non-stabilité (e.g. reconnexion magnétique) peut briser leur étanchéité et mener à du transport de plasma d’un environnement vers l’autre. On observe ainsi qu’une fraction du vent solaire pénètre dans la magnétosphère, étant ainsi moteur de l’activité géomagnétique. La modélisation de telles interfaces à l’équilibre, afin d’en étudier la stabilité, est loin d’être évidente car la non-collisionalité du plasma requiert une modélisation cinétique, c’est à dire que les quantités devant être stationnaires ne sont plus la densité, la vitesse moyenne et la pression du plasma, mais la fonction de distribution f(r,v) elle même. A ce jour, un seul type d’équilibre cinétique est utilisé comme condition initiale des simulations numériques, mais est beaucoup trop simplifié (symétrique) pour s’appliquer à des cas réalistes tels que l’interface magnétosphère/vent solaire, appelée magnétopause. Toutes les simulations de tels environnements débutent «hors équilibre», avec des conséquences non connues sur les résultats. Un modèle théorique a récemment été proposé pour construire un équilibre cinétique dans une configuration asymétrique (Belmont et al. 2011), puis a été validé dans une simulation simplifiée (électrons fluides et configuration 1D sans reconnexion possible). Au cours de ce stage, l’étudiant devra inclure cet état d’équilibre cinétique dans un code Particle-In-Cell parallèle, utiliser ce code et étudier les différences avec le précédent modèle où l’hypothèse fluide était faite sur les électrons. Le second objectif est de réaliser des simulations de reconnexion magnétique avec et sans cet équilibre initial et de comprendre le rôle de la condition initiale sur le développement de la reconnexion magnétique. L’étudiant devra avoir un goût et une certaine aisance pour la programmation. Ce stage est susceptible de se poursuivre en thèse dont le financement ANR est déjà acquis. Plus d'informations http://www.nicolasaunai.com/teaching/stages/stageM2kineq2014/ Nature du travail demandé Simulations numériques Modélisation Pré-requis Etudiant à l'aise en programmation, quelques bases en physique des plasmas sont un plus Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-03-31 Durée proposée : Encadrant Nicolas Aunai (Chercheur en contrat post-doctoral) [email protected] 0671841783 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Cosmologie, Univers primordial, origine et évolution des grandes structures de l'Univers et des galaxies Astrophysique des hautes énergies, objets compacts, astroparticules, ondes gravitationnelles Processus physiques en astrophysique, physique fondamentale et expérimentale Sujet du stage Étude des cascades électromagnétiques sur des échelles cosmologiques Description L'astronomie des très hautes énergies (observations des sources de photons gamma d'énergie supérieure au GeV) a pris son essor au cours de ces dernières années avec la moisson impressionnante de résultats obtenus par les télescopes Cherenkov tels que HESS, MAGIC ou VERITAS, ainsi que par le télescope LAT de l'observatoire spatial Fermi. Dans ce contexte, de nombreuses sources extragalactiques ont été détectées (noyaux actifs de galaxies, sursauts gamma...). Ces sources peuvent être utilisées comme des sondes cosmologiques et apporter des contraintes sur les propriétés du milieu intergalactique. En particulier, les sources gamma sont responsables de "cascades électromagnétiques". Dans ces véritables réactions en chaîne, les photons gamma émis par les sources extragalactiques interagissent, au cours de leur trajet, avec le rayonnement diffus intergalactique et produisent des paires électron-positrons. Par diffusion Compton inverse de ce même rayonnement diffus, ces paires de haute énergie émettent à leur tour de nouveaux photons gamma. Ce processus se répète et produit ces cascades qui peuvent se propager sur des distances cosmologiques. Le principal effet est de diffuser le rayonnement des sources gamma lointaines qui apparaissent alors comme des sources étendues, et non plus comme des sources ponctuelles. Les propriétés observables de ces cascades (taille de l'image de la source, spectre en énergie, retards temporels entre différentes bandes en énergies) peuvent être utilisées pour sonder les caractéristiques physiques du milieu ou elles se développent. Ce stage s'intéressera en particulier aux propriétés du champ magnétique intergalactique. Celui-ci affecte notablement le développement des cascades et reste très mal connu. Le but du stage consistera à étudier et modéliser les propriétés de ces cascades électromagnétiques afin de prédire en fonction des propriétés du milieu intergalactique : (a) la taille de l'image dans chaque bande en énergie et (b) les retards temporels entre différentes bandes d'énergies. Nous disposons à l’IRAP d’un code de Monte-Carlo, permettant de simuler ces processus radiatifs de très haute énergie. Il s’agira d’apporter des améliorations à ce code et de l'utiliser dans différentes configurations afin de faire des prédictions qui pourront être testées avec les nouvelles générations d'instruments et permettre de contraindre des paramètres fondamentaux pour la cosmologie (tels que la valeur du champ magnétique intergalactique). Nature du travail demandé Simulations numériques Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-10 Durée proposée : Encadrant Julien Malzac (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 970466527 Co-encadrant Renaud Belmont [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Physique du soleil et de l'héliosphere Sujet du stage Observations et modélisation des ondes de choc dans la couronne solaire Description Le lancement en 2010 de l’Observatoire de Dynamique Solaire (Solar Dynamics Observatory) par la NASA a ouvert une nouvelle ère observationnelle. L’évolution du champ magnétique sur la surface du Soleil et la structure de la couronne sont maintenant observées avec une cadence et une résolution jusqu’alors inégalées. Les ondes de chocs générées par les explosions solaires peuvent être suivies avec précision malgré leurs vitesses souvent supérieures à 1000km/s. Ce projet a pour but de suivre l’évolution des ondes de chocs dans la couronne et de déterminer l’orientation du champ magnétique solaire dans lequel ces ondes se déplacent. Cette combinaison de données permettra de déterminer l’évolution spatio-temporelle de la géométrie des chocs. En premier lieu, les images de la couronne obtenues par SDO seront combinées aux images obtenues par la mission STEREO. En utilisant ces différents points de vue, l’étendue de plusieurs ondes de choc sera modélisée par un ellipsoïde. Cet ellipsoïde sera ensuite intégré dans une reconstruction 3-D du champ magnétique de la couronne solaire. Cette reconstruction 3-D sera calculée à partir des équations magnétostatiques en prenant comme hypothèse que les champs magnétiques de la couronne ont trouvé un équilibre (1) sans courant (2) sans force. L’angle entre le vecteur champ magnétique perforant la surface du choc et la normale de la surface de l’ellipsoïde sera calculé. Le résultat de cette analyse permettra de mieux comprendre l’évolution de la géométrie des chocs dans la basse couronne. Plusieurs théories suggèrent que les particules peuvent être accélérées par ces chocs à des énergies supérieures au GeV. D’autres études futures pourront se baser sur ces résultats pour analyser les relations possibles entre les propriétés des chocs et les énergies atteignables par les particules potentiellement accélérées par ces chocs. Etant une mission récente, l’analyse des données de la mission STEREO constitue une priorité de notre groupe actuellement (dans le cadre de collaborations avec Caltech, Pasadena; Naval Research Laboratory, Washington DC). Un sujet de thèse sera proposé sur la thématique de ce stage pour un début en Octobre 2014. Nature du travail demandé Observations Modélisation Pré-requis Connaissances informatiques préférables (IDL, Matlab, FORTRAN ou C++) Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 4 mois Encadrant Alexis Rouillard (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] 0561558586 Co-encadrant Benoit Lavraud [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Cosmologie, Univers primordial, origine et évolution des grandes structures de l'Univers et des galaxies Sujet du stage A la recherche des premières grandes structures de l'Univers avec Planck et Herschel Description L'observation de notre Univers, par le biais des relevés de galaxies et de noyaux actifs de galaxies, nous dévoile sa structure à grande échelle : la "Toile Cosmique". La matière s'organise ainsi en 'filaments' de galaxies aux noeuds desquels se trouvent des amas de galaxies, pouvant compter plusieurs dizaines à plusieurs centaines de galaxies. Ces structures sont les dernières à s'être formées et représentent les systèmes gravitationels fermés les plus massifs de notre Univers. Leurs distributions en masse et en redshift nous renseignent directement sur la cosmologie de notre Univers. Il existe aujourd'hui de larges catalogues d'amas de galaxies détectés en optique ou par l'émission de leur gaz chaud en X et millimétrique. Il est cependant encore très difficile de remonter à la genèse et à l'évolution de ces structures à des redshift supérieurs à 1. La caractérisation de ces 'proto-amas' est pourtant fondamentale pour comprendre les mécanismes de la formation et de l'évolution des grandes structures de l'Univers, et leur lien à sa cosmologie. Le satellite Planck a permis, grâce à sa couverture du ciel entier dans le submillimetrique, de construire un catalogue de centaines de candidats 'proto-amas' détectés par l'émission de la poussière de leurs galaxies. Près de 200 de ces candidats 'proto-amas' ont ensuite été observés entre 250 um et 500 um avec le satellite Herschel, donnant accès à la structure à haute résolution de ces objets. Alors qu'une première analyse statistique a permis de démontrer que ces objets sont très distants, une ambiguité subsiste sur leur nature: sont-elles dues à l'alignement sur la ligne de visées de galaxies à différentes distances ? Ou bien correspondent-elles à des filaments de structures vus par la tranche ? Ou appartiennent-elles finalement à une seule et même structure physiquement liée, un proto-amas ? L'objectif de ce stage est ainsi de combiner l'analyse des données Planck et Herschel disponibles sur près de 200 candidats proto-amas pour: 1 - Mettre en oeuvre un algorithme de décision pour discerner les différents scénarios de distribution des galaxies. On utilisera pour cela une méthode originale de discrimination par 'couleur'. 2 - Extraire le premier sous-catalogue robuste de proto-amas. 3 - Corréler le catalogue de proto-amas avec d'autres relevés à grande échelle (ex: quasars, noyaux actifs de galaxies). Ce travail s'inscrit dans le cadre de la collaboration HPASSS et de la collaboration Planck. Nature du travail demandé Observations Traitement de données Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 4 mois Encadrant Ludovic Montier (Ingénieur de recherche) [email protected] +33 5 61 55 65 51 Co-encadrant Pointecouteau Etienne [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Astrophysique des hautes énergies, objets compacts, astroparticules, ondes gravitationnelles Sujet du stage Ou se forme les trous noirs de masse intermediaire ? Description Il existe deux types de trous noirs : les trous noirs supermassifs au centre de la plupart des galaxies (1e6 à 1e10 masses solaires) ; et les trous noirs de masse stellaire (3 à 20 masses solaires), qui sont les restes des étoiles massives. Il a été proposé que des trous noirs de masse intermédiaire pourrait exister également, mais jusqu'à dernièrement, l'évidence observationelle pour ces objets était très faible. Ces objets auraient pu jouer un rôle important dans la formation des trous noirs supermassifs, et en binaire ils peuvent être des sources d'ondes gravitationelles. De plus la matière noire autour pourrait être assez facilement détecter. Actuellement, le meilleur candidat de trou noir de masse intermédiaire est ESO 243-49 HLX-1 et il a été découvert pendant un stage de M2 en 2008 à l'IRAP. Etant donné que c'est le seul bon candidat de trou noir de masse intermédiaire, nous pouvons utiliser cette source comme un prototype pour investiguer les questions ouvertes sur ces objets i.e. comment acrètent-ils ?, comment et où se forment-ils ? Au mois de septembre 2013, nous avons pris des spectres d'ESO 243-49 HLX-1 avec le spectroscope X-Shooter sur le Very Large Telescope (VLT) au Chili. X-Shooter est unique parmi les spectrographes actuels, parce qu'il permet de couvrir simultanément un domaine de longueurs d'onde très étendu, de 320 à 2400 nm, avec une efficacité sans précédent. Ces données doivent nous permettre de sonder le milieu dans lequel ESO 243-49 HLX-1 est situé et de savoir si ce trou noir est né dans la galaxie hôte ESO 243-49 ou si c'est le résultat d'une interaction entre une galaxie naine et ESO 243-49. Elles pourraient également permettre de rechercher les effets de vitesses radiales du trou noir sur la matière accrétée et donc de faire une mesure dynamique de la masse du trou noir. Le but de ce stage est de traiter les données X-Shooter avec les logiciels mis à disposition par l'European Southern Observatories' (ESO) et ensuite d'analyser les spectres grâce à des logiciels comme 'iraf' pour déterminer la nature des raies et la vitesse radiale. Un troisième étape sera de modéliser les spectres avec le logiciel 'Cloudy' qui permet de simuler les conditions physiques dans le milieu astronomique afin d'interpréter les données. Ainsi, nous aurons les prémieres réponses aux questions sur la formation et l'évolution des trous noirs de masse intermédiaire. Nature du travail demandé Traitement de données Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : ~5 mois Encadrant Natalie Webb (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33561557570 Co-encadrant Roser Pello [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Cosmologie, Univers primordial, origine et évolution des grandes structures de l'Univers et des galaxies Sujet du stage From first structures to recent galaxies Description The use of different cosmological probes allows to determine quite well the overall characteristics of the universe, at least if we restrict ourselves to the more "standard" scenarios, as in the case of the Lambda Cold Dark Matter model. By contrast, our understanding of the formation of the first astrophysical structures and mechanisms involved in the formation of galaxies through the ages is still fragmentary. Although the Cold Dark Matter scenario leads naturally to a hierarchical formation scheme in which structures formed by successive agglomeration of entities, from the smallest scales to the largest, the information obtained from galactic star formation indicates a constant mass for galaxies in which the bulk of star formation occurs. The proposed work in this project will be to take full advantage of our knowledge of the context of the standard cosmological model to evaluate the period of formation of the first structures using different hypotheses on the cooling mechanism prevailing during their formation (molecular or atomic) and their associated uncertainties (especially due to uncertainties on the cosmological model and the theoretical mass function). In a second step, the same approach will be applied to quantify the times at which the problem of overcooling (the apparent excess of cold gas formation) arises. The work will begin with a simple analytical approach using the expressions of mass functions in hierarchical models, the inclusion of criteria of the physics of gas will require simple programming. Nature du travail demandé Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-03-03 Durée proposée : 4 to 5 monthes (starting date flexible) Encadrant ALAIN BLANCHARD (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] 05 61 33 28 42 Co-encadrant Bouché Nicolas [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Exoplanetes: origine, structure et évolution des systèmes planétaires, planétologie comparée Sujet du stage La formation planétaire à proximité des étoiles massives Description Près de 1000 exoplanètes ont été découvertes à ce jour, pourtant, les processus qui mènent à la formation des planètes restent encore méconnus. Au début de leur vie, les étoiles de type solaire sont entourées d'un disque d'accrétion qui évolue en disque "protoplanétaire", à l'intérieur duquel les planètes se forment. Les étoiles de type solaire se forment en général à proximité d'étoiles massives, ce qui implique que la formation planétaire s'opère dans des conditions extrêmes où le disque est irradié par les vents et photons des étoiles massives. Les mesures isotopiques dans les météorites indiquent que la nébuleuse proto-Solaire évolua dans un tel environnement. Dans notre galaxie, il existe des exemples de disques irradiés que l'on appèle "Proplyds". Les modèles actuels de Proplyds indiquent que ces disques ont une durée de vie inférieure à 100 000 ans en raison de de l'irradiation qui dissipe le disque. Cette échelle de temps est au moins un ordre de grandeur trop courte pour laisser le temps aux planètes gazeuses de se former. Pourtant, nous observons bien la présence de planètes gazeuses dans le système Solaire. Il faut cependant noter que ces modèles sont contraints par un nombre très limité d'observations. L'objectif de ce stage est de ré-estimer la durée de vie des Proplyds, à la lumière de nouvelles observations obtenues en 2013 avec le télescope spatial Herschel (ESA), dans le cadre d'un projet international mené par O. Berné. Ces données seront également complétées par des observations obtenues par le satellite Spitzer (NASA) et avec le VLT (ESO). Après le traitement des données, le/la stagiaire aura la responsabilité de modéliser l'émission de ces disques avec le soutien des membres de l'équipe MICMAC. Il/elle pourra ainsi déterminer les propriétés physiques de ces disques et en déduire leur taux de dissipation et leur durée de vie. Cette valeur placera ainsi de nouvelles contraintes sur les modèles de formation planétaire. Ce stage pourra être poursuivi par une thèse utilisant des données Herschel, VLT et ALMA. Ressources bibliographiques: http://iopscience.iop.org/0004-637X/499/2/758/pdf/36831.web.pdf http://arxiv.org/abs/1302.0706 Nature du travail demandé Traitement de données Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-01-06 Durée proposée : 4-5 mois Encadrant Olivier Berne (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33561558755 Co-encadrant Christine Joblin Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Cosmologie, Univers primordial, origine et évolution des grandes structures de l'Univers et des galaxies Sujet du stage Is a symmetric universe matter anti matter excluded ? Description The standard cosmological model assumes that some mechanism has produced an asymmetry between matter and anti matter in the early universe so that only one species (matter) exists nowadays. Indeed, the co-existence of sectors of matter and anti-matters leads to unacceptable astrophysical consequences. However, constraints on very large scales (beyond 100 Mpc) are relatively less convincing and it has been advocated in the recent past that one cannot entirely ruled out the possibility of a symmetric universe if the size of pockets are of this order or greater. The purpose of the proposed work will be to re-examine this question with a fresh look and in particular to evaluate the characteristic properties of the fluctuations of matter on large scales as measure by correlation function on one side and with the properties of the angular power spectrum Cl of the fluctuations of the cosmological background. Comparison with latest measurement of matter distribution (SDSS III) and CMB fluctuations (from Planck) will be achieved. Nature du travail demandé Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-03-03 Durée proposée : 4 to 5 monthes (duration and starting date flexible) Encadrant ALAIN BLANCHARD (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] 05 61 33 28 42 Co-encadrant Peter VonBallmos [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Géophysique : Terre, atmosphère, ionosphère, magnétosphère Processus physiques en astrophysique, physique fondamentale et expérimentale Sujet du stage Identification et analyse des effets saisonniers dans la magnétosphère de Saturne à l’aide des données multi-instrument de Cassini Description Lancée en 1997, Cassini-Huygens est la première mission spatiale consacrée à l’exploration détaillée de l’environnement de Saturne. Depuis le 1er Juillet 2004, grâce à sa couverture en 3D et à son instrumentation sophistiquée, la sonde Cassini a notamment recueilli de précieuses données sur l’environnement ionisé de la planète (sa ‘magnétosphère’) durant les quatre années de sa mission nominale. A l’instar des autres planètes magnétisées du Système Solaire, Saturne possède une magnétosphère intrinsèque qui s’étend jusqu’à 20 rayons planétaires côté solaire et jusqu’à plusieurs centaines de rayons planétaires côté antisolaire. Le champ magnétique planétaire d’origine interne est en première approximation celui d’un dipôle, d’axe magnétique aligné à 1° près sur l’axe de rotation, à la différence de Jupiter dont les axes sont alignés à 9.6°. L’écart entre les deux axes à Jupiter introduit une modulation rotationnelle régulière dans toutes les données magnétosphériques observées (radio, champ magnétique, particules). Alors qu’il ne devrait pas y avoir de modulation rotationnelle en raison de l’alignement de ces axes à Saturne, des oscillations périodiques des émissions radio de la planète ont néanmoins été observées par les sondes Voyager et confirmées par Cassini. De manière encore plus énigmatique, ces oscillations présentent une période qui varie légèrement à l’échelle de quelques mois ou quelques années. Les mêmes variations semblent affecter le champ magnétique mesuré dans la magnétosphère de Saturne par les magnétomètres à bord de Cassini, ainsi que la plupart des paramètres plasma (flux de particules, densité, pression) déduits des observations des instruments particules. L’ensemble des observations radio, champ magnétique et plasma obtenues autour de Saturne durant la totalité de la mission Cassini jusqu’à ce jour devraient permettre de lever le voile sur l’énigme de la rotation de Saturne et de ses variations saisonnières. Le sujet proposé consiste à utiliser les données des différents instruments plasmas et champs électromagnétiques de Cassini et à les analyser à l’aide de l’outil AMDA du CDPP (http://cdpp-amda.cesr.fr) afin d’identifier les manifestations saisonnières et à grande-échelle dans la magnétosphère et de contraindre leur origine. Nature du travail demandé Traitement de données Pré-requis Physique des plasmas spatiaux; environnements planétaires Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-01 Durée proposée : 5 mois Encadrant nicolas andre (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Astrophysique des hautes énergies, objets compacts, astroparticules, ondes gravitationnelles Sujet du stage L'émission gamma du Petit Nuage de Magellan: une nouvelle vue sur le rayonnement cosmique Description Le télescope spatial Fermi/LAT permet d'observer le ciel dans le domaine des rayons gamma de haute énergie (de 100MeV à 100GeV). En service depuis 2008, cet instrument offre une vue sans précédent sur un phénomène qui conserve toujours une part de mystère: l'accélération de particules. Les événements les plus violents de l'Univers comme les supernovae transfèrent une partie de leur énergie à une infime quantité de particules, qui se retrouvent alors élevées à des énergies ultrarelativistes dépassant de très loin celles atteintes par la technologie humaine. Ce flux de particules appelé rayonnement cosmique se répand dans les galaxies et le mileu intergalactique, et son rôle est fondamental: il contribue à la formation des champs magnétiques galactiques, il impacte l'état physico-chimique du milieu interstellaire, il régule la formation stellaire à l'échelle cosmique, et il dissimule peut-être un témoignage de la nature de la matière noire. Notre Galaxie nous offre de nombreuses possibilités de mesures directes et indirectes de ce rayonnement cosmique, grâce auxquelles notre compréhension du phénomène a pu progresser. Une autre manière d'aborder le sujet est d'observer ce qui se passe dans d'autres galaxies. Dans le domaine gamma, cela est possible depuis quelques années grâce au télescope Fermi/LAT. Une cible idéale est le petit nuage de Magellan, une galaxie voisine de la nôtre (en anglais, Small Magellanic Cloud, ou SMC). L'objectif du stage est d'analyser les observations du SMC recueillies par l'instrument pendant 5 ans. Il s'agit de comprendre les caractéristiques de l'émission gamma provenant de cette galaxie, et de les relier à des accélérateurs de particules potentiels, comme les restes de supernovae ou les pulsars, en s'appuyant sur d'autres données astronomiques. Les premières analyses basées sur moins de 2 ans de données ont montré que l'émission ne ressemble pas à celle observée dans notre Galaxie. Il y a donc beaucoup à attendre d'une nouvelle étude basée sur plus de 5 ans d'observations: une nouvelle vue sur l'origine du rayonnement cosmique et sur sa propagation dans le milieu interstellaire. Plus d'informations http://fermi.gsfc.nasa.gov/ Nature du travail demandé Traitement de données Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 4-5 mois Encadrant Pierrick Martin (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 77 80 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Astrophysique des hautes énergies, objets compacts, astroparticules, ondes gravitationnelles Sujet du stage L'émission gamma interstellaire: se rapprocher des accélérateurs naturels de particules avec le Cherenkov Telescope Array Description L'astronomie Cherenkov permet d'observer le ciel à l'extrémité la plus haute du spectre électromagnétique, avec des photons dont les énergies peuvent atteindre 100TeV. A ces énergies, on se sert de l'atmosphère comme convertisseur et la détection est assurée par des réseaux de télescopes au sol. Il s'agit d'un domaine récent, actuellement en pleine expansion. Trois instruments existent aujourd'hui, HESS, VERITAS, et MAGIC, qui nous ont révélé la richesse du ciel à ces énergies pourtant extrêmes: restes de supernovae, nébuleuses de vent de pulsar, noyaux actifs de galaxies, binaires gamma,... La thématique principale du domaine est l'accélération de particules qui se produit dans tous ces objets, et donne lieu au rayonnement cosmique. Découvert il y a un siècle, ce phénomène reste encore partiellement inexpliqué alors qu'il joue un rôle fondamental en astrophysique, de l'évolution cosmique des galaxies à l'identification de la matière noire. L'instrument de prochaine génération est en cours de développement par un consortium international et porte le nom de Cherenkov Telescope Array, ou CTA. Cet observatoire permettra l'exploration en profondeur de cette nouvelle fenêtre sur l'Univers, et devrait nous rapprocher des sources de particules les plus énergétiques. En particulier, CTA devrait nous révéler l'émission gamma que le rayonnement cosmique engendre en se propageant dans le milieu interstellaire. Il s'agit d'un aspect peu connu du phénomène car les instruments précédents et actuels ne permettaient pas de l'étudier. L'objectif du stage est d'anticiper le potentiel de CTA pour l'étude de l'émission gamma interstellaire de très haute énergie. Il s'agira de définir différents scenarios astrophysiques quant aux sources du rayonnement cosmique et à son transport, de simuler des observations avec CTA, et d'évaluer ce que l'observatoire pourra apporter. Le travail s'intègre pleinement dans le développement du projet CTA, à la fois pour la définition des objectifs scientifiques et pour la mise au point des outils d'analyse de données. Plus d'informations http://www.cta-observatory.org/ Nature du travail demandé Traitement de données Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 4-5 mois Encadrant Pierrick Martin (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 77 80 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Système solaire: origine, composition, évolution, structure physico-chimique et dynamique de ses objets et des astromateriaux; cosmochimie Sujet du stage Etude des intérieurs comètaires en préparation à l'analyse des données de CONSERT à bord de ROSETTA Description En 2014, la mission spatiale Rosetta, composée d’un orbiteur et d’un atterrisseur, effectuera un rendez-vous avec la comète ChuryumovGerasimenko afin d’étudier ses propriétés physiques et chimiques et de mettre en évidence le lien entre les comètes et la matière interstellaire. Les comètes, ayant peu évolué depuis leur formation, témoigne de la formation du système solaire. A bord, deux des instruments permettront de faire des mesures fondamentales pour mieux comprendre le noyau et l’intérieur cométaire. CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission, PI : W. Kofman, IPAG, Co-I : J. Lasue, IRAP) fournira des informations sur la structure interne du noyau cométaire. C’est un radar bistatique fonctionnant comme un transpondeur dans le domaine temporel, l’orbiteur envoyant le signal et le lander répondant. CONSERT mesurera la propagation d’ondes électromagnétiques métrique (90MHz) à travers le noyau. L’étude de cette propagation (délai, puissance, chemins multiples) permettra de détecter et imager les grandes structures du noyau et de caractériser la structure interne et la composition du noyau (densité, hétérogénéité). APXS donnera la composition chimique des matériaux de surface de la comète sur le lieu d’atterrissage (PI:G. Klingelhöfer, Univ. de Mayence ; Co-I C. D’Uston, IRAP). C’est un spectromètre du rayonnement X de fluorescence et du rayonnement alpha de rétrodiffusion; il va permettre de mesurer directement l’abondance de tous les constituants élémentaires majeurs à l’exception de l’hydrogène. Au-delà de la connaissance recherchée sur le matériau cométaire, ceci permettra de contraindre les mesures locales de CONSERT et de les extrapoler à un modèle global du noyau cométaire. Le stage se focalisera sur l’utilisation de codes de simulation des surfaces et intérieurs cométaires disponibles à l'IRAP et à l'IPAG pour préparer l'étude des résultats CONSERT et APXS précédant de peu les premiers mois de mesures. Il s'agira de déterminer quantitativement les effets des différents types d’intérieurs cométaires sur les mesures afin de préparer l’inversion et l’interprétation des données en termes de vision globale de l’intérieur cométaire et de sa probable formation. La prolongation de ce travail lors de l’analyse des observations qui seront réalisées à la fin de l’année 2014 pourra faire l’objet d’une thèse visant à établir la nature de ce noyau et à préciser les processus de formation des comètes et l’origine du système solaire. Plus d'informations http://smsc.cnes.fr/ROSETTA/Fr/ Nature du travail demandé Simulations numériques Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 4 mois 1/2 Encadrant Claude d'Uston (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 55 66 72 Co-encadrant Wlodek Kaufman [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Instrumentation pour les grands observatoires au sol et dans l'espace Sujet du stage IMAGEUR DE FRESNEL DANS L'ESPACE Description Contexte : Les grilles de Fresnel visent à remplacer les grands miroirs par des membranes légères pour les télescopes spatiaux. Ces membranes ne sont pas utilisées par réflexion mais par diffraction et donnent des images à très haut contraste et haute résolution angulaire car la lumière qui est focalisée ne rencontre aucun élément matériel lors du processus de diffraction à travers la grille. Les validations de ces systèmes optiques dans le domaine visible ont donné les résultats espérés, d'abord en laboratoire puis sur des objets astronomiques (planètes, ciel profond). Nous avons aussi fait des tests en UV car c'est dans ce domaine spectral que les performances seront probablement les plus intéressantes comparées à une optique classique. Parallèlement aux tests optiques, une étude des cibles potentielles vise les domaines astrophysiques suivants comme objets d'étude pour une mission spatiale en UV avec ce type de télescope : - Petits objets du système solaire à haute résolution angulaire, - Naissance des système exoplanétaires (disques circum-stellaires) en Lyman-!, - Physique des galaxies en UV et astrochimie. Avant d'espérer une mission spatiale de grande envergure, la validation du concept (à budget modeste) dans l'espace est nécessaire. Monter un prototype de petites dimensions sur la station spatiale internationale (ISS) pourrait offrir cette opportunité et le lancement d'une collaboration internationale dans ce but sera l'un des thèmes principaux du stage. Objectifs : Ils sont sur deux plans : continuer les tests UV, et choix des programmes astrophysiques pour la mission spatiale. D'une part définir la mission probatoire sur l'ISS (15 à 20 cm d'ouverture), d'autre part préciser les cibles astrophysiques d'une future mission spatiale utilisant des grandes grilles de Fresnel (5 à 10 m). Méthodologie : Le travail se fera dans l'équipe Signal Image pour les Sciences de l'Univers (SISU) à l'OMP Toulouse, et dans le cadre d'une collaboration inter-universités (Université Paul Sabatier Toulouse, Université de Nice, Universidad Complutense Madrid, INASAN Moscou). Les études sur les cibles potentielles se feront en collaboration avec les différents instituts concernés, et impliqueront éventuellement une mission à Nice, à Madrid ou à Moscou. Nature du travail demandé Instrumentation Pré-requis intérêt pour l'optique, et bonne motivation pour l'astrophysique UV Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-01-06 Durée proposée : les dates et durée du stage seront ajustées sur ce qui est requis par votre école doctorale Encadrant Laurent Koechlin (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 33 28 87 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Astrophysique des hautes énergies, objets compacts, astroparticules, ondes gravitationnelles Sujet du stage Quelle est la nature de la matière à l'intérieur de l'étoile à neutrons dans l'amas globulaire Oméga du centaure ? Description Les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus extrêmes de l'Univers. Avec des masses de l'ordre de 1,4 masse solaire et des rayons de l'ordre de 10 km, ces étoiles compactes présentent des densités parfois supérieures à celle de la matière nucléaire. Différents modèles prédisent que la matière à l'intérieur de ces étoiles est composée de particules exotiques comme les pions, kaons ou les quarks étranges. Afin de différencier ces modèles, il est essentiel de déterminer simultanément la masse et le rayon des étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons qui se trouvent dans les amas globulaires donnent aujourd'hui les meilleures contraintes sur la nature de la matière dans les étoiles à neutrons. Grâce à des observations d'une durée moyenne avec l'observatoire X XMM-Newton, nous avons déjà placé des contraintes faibles sur la masse et le rayon de l'étoile à neutrons dans Oméga du centaure. Pour améliorer ces contraintes, il faut mieux connaître la masse ou le rayon. Il est possible de déterminer une contrainte sur la masse si on peut détecter des raies d'émission de la binaire dans des spectres pris en visible. Haggard et al. (2004) ont montré qu'une raie de Balmer en émission est très forte. Nous avons obtenu des données provenant du 'Very Large Telescope' (VLT) au Chili avec le spectroscope FORS. Ces observations suivent la raie pendant l'orbite de la binaire afin de déterminer sa vitesse radiale et grâce aux lois de Kepler, de déterminer la masse de l'étoile à neutrons. Avec cette contrainte et des nouvelles observations de longue durée en rayons X avec le télescope Chandra, ainsi que les données X provenant d'XMM-Newton, nous devons être en mesure de mettre des contraintes fortes sur le rayon et la masse de l'étoile à neutrons et donc mettre des contraintes fortes sur la nature de sa matière. Le but de ce stage est de traiter les données FORS avec les logiciels mis à disposition par l'European Southern Observatories' (ESO) et ensuite d'analyser les spectres grâce à des logiciels comme 'iraf' pour déterminer la vitesse radiale et donc la masse de l'étoile à neutrons. Une troisième étape sera d'utiliser la contrainte sur la masse, dans la modélisation des données Chandra et XMM-Newton, en collaboration avec nos collègues Américains, Canadiens et Italiens afin de contraindre la nature de la matière dans cette étoile à neutrons. Nature du travail demandé Traitement de données Modélisation Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-03 Durée proposée : 5 à 6 mois Encadrant Natalie Webb (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33561557570 Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Astrophysique des hautes énergies, objets compacts, astroparticules, ondes gravitationnelles Processus physiques en astrophysique, physique fondamentale et expérimentale Sujet du stage Friction quantique du vide autour des étoiles à neutrons Description En électrodynamique quantique (QED), le vide peut être traité comme un milieu magnéto optique non linéaire possédant sa propre énergie électromagnétique. La mise en évidence de cette prédiction nécessite des champs électromagnétiques extrêmement forts qu'il est difficile de produire sur terre. Les pulsars, avec un champ magnétique de surface pouvant atteindre quelques 10^8 Teslas, apparaissent alors comme des laboratoires idéaux pour étudier les propriétés du vide quantique. Récemment, Dupays et al. [1,2] ont montré que l'interaction entre le moment magnétique d'un pulsar et le vide quantique qui l'entoure doit donner lieu à une force de friction (QVF pour Quantum Vacuum Friction) qui contribue au ralentissement de la rotation de l'étoile. La mise en évidence d'un tel effet serait la première manifestation macroscopique des propriétés quantiques du vide jamais observées. Le but de ce stage est de poursuivre la recherche d'observables et/ou de contraintes directement attribuables à la QVF afin de les confronter aux données existantes et/ou de proposer de nouvelles observations pour tester l'effet de friction. Le travail du stagiaire pourra comporter une partie purement théorique et/ou un travail de simulations numériques. Références : [1] A. Dupays, C. Rizzo, D. Bakalov and G. F. Bignami, Quantum Vacuum Friction in Highly Magnetized Neutron Stars, EPL 82 (2008) 69002. [2] A. Dupays, C. Rizzo and G. F. Bignami, Quantum vacuum influence on pulsars spindown evolution, EPL 98 (2012) 49001. Nature du travail demandé Simulations numériques Modélisation Pré-requis Mécanique quantique (niveau M1) Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-04-07 Durée proposée : 4 à 5 mois Encadrant Arnaud Dupays (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] +33 5 61 33 27 97 Co-encadrant Lamine Brahim [email protected] Gratification Acquise Informations sur le stage Catégories Physique du soleil et de l'héliosphere Sujet du stage Analyse de la propagation des éruptions solaires du Soleil à la Terre Description Les éjections coronales de masse (CMEs) transportent un champ magnétique très intense: lorsqu’une CME atteint la Terre, elle peut provoquer des orages géomagnétiques en interagissant avec le champ magnétique terrestre. Nous avons récemment développé un nouveau code simulant la propagation de ces CMEs à partir des équations de la magnétohydrodynamique. Ce code simule: les effets des forces magnétiques (Lorentz), qui accélèrent les CMEs aux vitesses supersoniques, la force de résistance et les effets de la gravité. La première partie du stage consistera à intégrer à ce modèle un code de formation des chocs coronaux et interplanétaires générés par la CME. Dans la deuxième partie du stage, les résultats des simulations seront comparés aux données d’imagerie solaires et aux mesures in situ obtenues à 1AU près de la Terre et par les sondes STEREO. Etant une mission récente, l'analyse des données de la mission STEREO constitue une priorité de notre groupe actuellement (dans le cadre de collaborations avec Caltech, Pasadena; Naval Research Laboratory, Washington DC). Un sujet de thèse sera proposé sur la thématique de ce stage pour un début en Octobre 2014. Nature du travail demandé Modélisation Pré-requis Connaissances informatiques souhaitables (IDL, Matlab, FORTRAN ou C++) Informations complémentaires Laboratoire UMR-5277 IRAP Institut de recherche en astrophysique et planétologie Toulouse Calendrier prévisionnel Date initiale estimée : 2014-02-05 Durée proposée : 4 mois Encadrant Alexis Rouillard (Chercheur ou enseignant-chercheur en poste) [email protected] 0561558586 Co-encadrant Benoit Lavraud [email protected] Gratification Acquise
