Polarimétrie des sursauts gamma avec une mission CubeSat

Gamma-Ray Burst Polarimetry with a CubeSat mission

• Auteur / Autrice : Nathan Franel
• Direction : Vincent Tatischeff, Clarisse Hamadache
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Science des Astroparticules et Cosmologie
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Astronomie gamma

Polarimétrie

CubeSat

Sursaut gamma

Mission spatiale

Astroparticules

Gamma-ray astronomy

Polarimetry

CubeSat

Gamma-ray burst

Space mission

Astroparticles

Résumé

L'astronomie multi-messagers et multi-longueurs d'onde qui se développe actuellement nécessite une surveillance en continue du ciel dans le domaine des rayons gamma pour détecter et localiser les sursauts gamma associés aux fusions d'étoiles à neutrons et éventuellement déclencher des observations à d'autres longueurs d'onde. Plusieurs missions spatiales de nanosatellites dédiés à la détection des sursauts gamma sont en cours de développement dans le monde. Le projet COMCUBE, qui est soutenu financièrement par le programme-cadre Horizon 2020 de l'Union européenne, vise à apporter une nouvelle dimension à ce réseau de CubeSat gamma en y ajoutant des mesures de la polarisation de l'émission prompte des sursauts gamma. L'instrument proposé est un télescope de type Compton conçu pour permettre la polarimétrie des sursauts dans la gamme de quelques centaines de keV à quelques MeV. Le but de la thèse est de préparer les objectifs scientifiques de la mission COMCUBE à l'aide de simulations numériques. Le ou la doctorant(e) étudiera en particulier la capacité de la mission à répondre à des questions clés de la physique des jets ultra-relativistes produits dans les sursauts gamma, à partir de données inédites de polarisation. Il ou elle bénéficiera pour ses simulations du développement d'un prototype de l'instrument gamma en cours de réalisation par la collaboration européenne. Une expérience en vol ballon stratosphérique est par ailleurs prévue à l'été 2023 afin de qualifier ce prototype dans un environnement de bruit de fond représentatif de celui d'un CubeSat en orbite terrestre basse. L'utilisation de données de qualification du prototype pour des simulations numériques à visée astrophysique permettra à l'étudiant(e) d'être confronté(e) aux divers aspects de la préparation d'une nouvelle mission spatiale.

The multi-messenger, multi-wavelength astronomy that is currently developing requires continuous monitoring of the sky in the gamma-ray range to detect and locate gamma-ray bursts associated with neutron star mergers and eventually trigger observations at other wavelengths. Several space missions of nanosatellites dedicated to the detection of gamma-ray bursts are under development in the world. The COMCUBE project, which is financially supported by the European Union's Horizon 2020 framework program, aims to bring a new dimension to this network of gamma-ray CubeSats by adding measurements of the polarization of the prompt emission of gamma-ray bursts. The proposed instrument is a Compton-type telescope designed to allow the polarimetry of gamma-ray bursts in the range from a few hundred keV to a few MeV. The goal of the thesis is to prepare the scientific objectives of the COMCUBE mission using numerical simulations. In particular, the PhD student will study the ability of the mission to answer key questions in the physics of ultra-relativistic jets produced in gamma-ray bursts, based on new polarization data. For his or her simulations, he or she will benefit from the development of a prototype gamma-ray instrument currently being built by the European collaboration. An experiment in stratospheric balloon flight is also planned for the summer of 2023 in order to qualify this prototype in a background environment representative of that of a CubeSat in low-Earth orbit. The use of qualification data from the prototype for numerical simulations with astrophysical purposes will allow the student to be confronted with the various aspects of the preparation of a new space mission.