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Tests de l’invariance de Lorentz avec les sources astrophysiques : effets de propagation et effets intrinsèques dans les noyaux actifs de galaxies
Equipe thématique « Nature et origine du Rayonnement Cosmique de Hautes Energies » ; expérience : HESS - CTA
Directeur de thèse : Jean-Paul Tavernet
tél : 01 44 27 23 22
e-mail : tavernet in2p3.fr
Co-encadrant : Julien Bolmont
tél : 01 44 27 48 18
e-mail : bolmont in2p3.fr
Co-encadrant : Hélène Sol (le LUTH)
tél : 01 45 07 74 28
e-mail : helene.sol obspm.fr
Titre : Tests de l’invariance de Lorentz avec les sources astrophysiques : effets de propagation et effets intrinsèques dans les noyaux actifs de galaxies
La symétrie de Lorentz est une symétrie fondamentale postulée dans le cadre de la relativité restreinte. Elle est bien vérifiée dans le domaine de la Physique des Particules aux énergies disponibles avec les accélérateurs. Pourtant, depuis une dizaine d’années, plusieurs expériences au sol ou dans l’espace essaient de détecter une éventuelle brisure de la symétrie de Lorentz aux énergies proches de l’énergie de Planck avec les photons issus des sources astrophysiques variables et lointaines. La brisure de symétrie se manifesterait par le fait que des photons d’énergies différentes se propageraient à des vitesses différentes. Deux photons émis en même temps seraient détectés avec un écart en temps qui dépendrait de leurs énergies et de la distance de la source.
Les noyaux actifs de galaxie (AGN de l’anglais Active Galactic Nuclei) et les sursauts gamma (GRB pour Gamma-Ray Burst) sont des objets de choix pour ces études puisqu’ils peuvent présenter une variabilité importante sur une gamme d’énergie étendue. L’expérience H.E.S.S. a analysé le signal provenant de divers AGNs avec plusieurs méthodes différentes en vue de la détection des effets de dispersion attendus lors de la propagation des photons dans le milieu intergalactique [1,2,3]. De même, plusieurs Sursauts Gamma détectés par la mission Fermi ont donné lieu à des résultats très contraignants pour les modèles de propagation [4,5,6].
Malgré les progrès récents dans les méthodes de mesure des écarts temporels et la multiplication des résultats, aucun effet de propagation n’a encore été mesuré. Si la symétrie de Lorentz est vraiment violée, une hypothèse pour expliquer cette absence de résultat est que l’effet soit compensé par les propriétés temporelles (encore mal contraintes) des mécanismes d’émission des photons au sein des sources. Par conséquent, l’accumulation des observations rend de plus en plus nécessaire une modélisation des sources qui permettrait de comprendre les relations entre temps d’émission et énergie des photons.
Le travail de thèse se concentrera autour de l’analyse de sources extragalactiques variables telles que les Galaxies Actives (AGNs) et se divisera en deux parties. Dans une première partie, l’étudiant(e) se concentrera sur la modélisation des jets des AGN [7,8]. Il (elle) travaillera sur un modèle à élaborer pour comprendre le lien entre l’énergie des photons et le moment où ils sont émis, ce qui permettra de mieux comprendre les effets intrinsèques et de placer des contraintes plus robustes sur la propagation des photons. La deuxième partie concernerait l’analyse des données des cinq télescopes de l’expérience H.E.S.S. pour l’étude des AGN. H.E.S.S. est une expérience d’astronomie gamma au sol installée en Namibie. Son seuil en énergie d’environ 30 GeV en fait un détecteur très performant pour la détection des sources variables.
Le groupe H.E.S.S. du LPNHE a eu la charge de la construction de la caméra du 5e télescope de l’expérience H.E.S.S., qui a commencé à prendre des données en 2012 et qui abaisse le seuil en énergie des mesures à quelques dizaines de GeV. H.E.S.S. est une expérience performante qui a déjà permis de placer des contraintes importantes sur la brisure de symétrie de Lorentz. L’étudiant aura l’opportunité de participer aux prises de données, ainsi qu’à l’analyse et au suivi de la qualité des données.
[1] F. Aharonian et al., HESS Collab., Phys. Rev. Lett., 2008, 101:170402, arXiv:0810.3475.
[2] A. Abramowski et al., HESS Collab., Astroparticle Physics, 2011, 34, 738-747, arXiv:1101.3650.
[3] A. Abramowski et al., HESS Collab., 2014, to be submitted.
[4] A. A. Abdo et al., Fermi Collab., Science Express, 2009, 02/19/2009.
[5] A. A. Abdo et al., Fermi Collab., Nature, 2009, 462, 331.
[6] V. Vasileiou et al., Phys. Rev. D, 2013, 87, 122001.
[7] T. Boutelier et al., MNRAS, 2008, 390, 73.
[8] K. Katarzynski et al., A&A, 2003, 410, 101.
Lieu de travail : LPNHE - Paris
Déplacements éventuels : Oui. L’étudiant(e) retenu(e) participera aux campagnes de prise de donnée sur le site de l’expérience en Namibie. L’étudiant(e) devra se rendre régulièrement à l’Observatoire de Meudon.
Documentation :
Contact :
- Julien Bolmont, 01 44 27 48 18 ou bolmont in2p3.fr
- Jean-Paul Tavernet, 01 44 27 23 22 ou tavernet in2p3.fr
- Hélène Sol, 01 45 07 74 28 ou helene.sol obspm.fr
Ecole doctorale de rattachement :
Ecole doctorale Sciences de la Terre et de l’Environnement et Physique
de l’Univers
Lien sur les offres de thèse et candidature :
http://ed109.ipgp.fr/index.php/Offres_de_th%C3%A8se
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