Doctorant : ALINA Dana
Directeurs : BERNARD Jean-Philippe, RISTORCELLI Isabelle
Début de thèse : Octobre 2011
Groupe thématique : MICMAC
Le lancement des satellites Planck et Herschel le 14 Mai 2009 a ouvert une nouvelle ère pour l’Astrophysique dans le domaine de longueurs d’ondes allant de l’IR lointain au submillimétrique. Dans ce domaine, la brillance du ciel est dominée par l’émission thermique des grains de poussière qui peuplent le milieu interstellaire.Contrairement à l’émission du gaz, qui ne trace jamais qu’une composante du MIS à la fois, l’émission des poussières permet à priori de sonder toutes les phases (milieux neutre, moléculaire, ionisé, …). De plus l’émission continuum à ces longueurs d’ondes est optiquement mince, ce qui permet de sonder les régions les plus enfouies et les plus lointaines de notre Galaxie et des galaxies voisines. Par ailleurs, Planck permettra pour la première fois la mesure de l’émission polarisée des poussières sur l’ensemble du ciel, qui trace à la fois les propriétés de forme (allongement) des grains et la géométrie du champ magnétique interstellaire. L’analyse combinée des données Planck et Herschel permet des aujourd’hui une analyse fine des propriétés du MIS. Notre groupe a accès à l’ensemble des données du satellite Planck, et est responsable de l’analyse scientifique de plusieurs programmes concernant la structure du milieu interstellaire dense («ColdCores » ) et l’analyse de l’émission polarisée («Dust properties from polarization » ). D’autre part, nous coordonnons plusieurs grands programmes d’observation avec Herschel, visant à cartographier l’émission continuum des poussières sur l’ensemble du plan galactique (programme« HiGal »), dans des deux nuages de Magellan (programme « Heritage ») et le suivi des cœurs froids pré-stellaires qui seront découverts par Planck (programme « ColdCores »). Le sujet proposé concerne l’analyse de l’ensemble de ces données. Le candidat bénéficiera des données réduites issues des centres de traitement des données de ces deux missions.
Une attention particulière sera donnée à l’étude de l’émission polarisée des grains de poussière. Il s’agit d’une dimension complètement nouvelle de l’étude du MIS, étant donné qu’aucun ensemble de données ne permet actuellement de mesurer la polarisation en émission à grande échelle dans notre Galaxie et les galaxies proches. Nous étudierons les variations du degré de polarisation avec la densité du milieu, qui tracent soit des variations des propriétés d’alignement des grains, soit des propriétés physiques telles que l’intensité du champ de rayonnement. Nous analyserons de façon statistique l’orientation des lignes de champ magnétique avec les structures filamentaires du MIS, résultat qui constituera une contrainte importante pour la compréhension du rôle du champ magnétique sur la structure du MIS. Nous étudierons les variations du degré de polarisation avec la longueurs d’onde, que nous interprèterons à l’aide de modèles en terme de distribution de forme, et de composition des grains de poussières. Enfin, nous mesurerons la polarisation en directions des cœurs froids détectés par Planck, de façon a mesurer d’éventuelles variations statistiques de l’intensité ou de la direction de polarisation entre l’extérieur et l’intérieur de ces structures. Ceci permettra de contraindre le rôle du champ magnétique dans l’effondrement gravitationnel conduisant à la formation de ces structures, qui est l’une des questions fondamentales auxquelles se heurtent les modèles actuels de formation d’étoiles.
Dans un deuxième temps, l’étude portera également sur la caractérisation des effets instrumentaux et des émissions d’avant-plan affectant les mesures cosmologiques du satellite Planck en polarisation. On étudiera les propriétés des émissions d’avant-plan polarisées dans les données Planck en s’appuyant sur des modélisations physiques existantes pour proposer un modèle optimal de soustraction de cette contribution, extrapolée aux fréquences d’intérêt cosmologique. D’autre part, on recherchera dans le signal résiduel la signature observationnelle des effets systématiques instrumentaux en polarisation. Un intérêt particulier sera porté à la contribution des signaux générés par le passage de lobes lointains du système optique de Planck sur des régions brillantes du ciel. Ces signaux, qu’on attend extrêmement faibles, devront être isolés en utilisant l’ensemble des données Planck, sur la base d’une étude statistique appropriée et en tenant compte des propriétés en polarisation des lobes, telles que prédites par des modèles optiques existants. Les méthodes numériques spécifiques à cette recherche devront être développées et testées sur des simulations complètes. Enfin, les résultats de cette étude seront appliqués à l’effort entrepris au sein du consortium Planck visant à mettre en évidence ou à imposer une limite supérieure aux modes B du CMB et qui devrait conduire à l’un des résultats cosmologiques les plus visibles du satellite Planck.