Thèse Etude des Corrélations Inter-Fréquences de l'Émission Thermique des Poussières Interstellaires H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes Laboratoire de recherche : LUPM - Laboratoire Univers et Particules Montpellier Direction de la thèse : Vincent GUILLET ORCID 0000000288813094 Début de la thèse : 2026-09-01 Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59 Les poussières interstellaires sont présentes partout dans notre Galaxie. Depuis les années 1980, les propriétés de l'émission thermique de ces poussières ont été caractérisées dans l'infra-rouge lointain (FIR) et le submillimétrique (submm) par de nombreuses missions spatiales (IRAS, COBE-DIRBE, Spitzer, Herschel, Planck). En raison de l'alignement de l'axe de rotation des poussières le long des lignes de champ magnétique Galactique, cette émission thermique est polarisée. Emettant aux mêmes fréquences que le fond diffus cosmologique (CMB), elle complique la recherche de la signature de l'inflation primordiale dans la polarisation du CMB.

La thèse se situe à l'interface de la cosmologie et de la physique du milieu interstellaire (MIS). Elle vise à caractériser les fluctuations des propriétés des poussières dans la Galaxie - leur origine et leur amplitude - afin d'aider à la séparation des composantes pour la recherche du signal de l'inflation dans la polarisation du CMB.
Il s'agira d'appliquer aux données FIR et submm d'émission thermique des poussières une nouvelle méthodologie d'analyse de ses fluctuations (Guillet et al, 2026, A&A, 705, A177, https://arxiv.org/abs/2510.18305), afin de proposer de nouveaux modèles d'émission polarisée des poussières, plus proches des données et physiquement motivés. L'analyse portera principalement sur le ciel à haute latitude Galactique (ciel-clef pour la cosmologie), mais tirera également profit de l'étude de régions bien connues du MIS où l'utilisation de données complémentaires permettra de mieux contraindre l'origine physique des fluctuations des propriétés des poussières.

Dans un premier temps, l'étudiant-e appliquera cette méthode sur des données en intensité totale (non polarisée).
En 1ère année, il/elle comparera les résultats obtenus avec des données réelles à ceux obtenus avec des données synthétiques basées sur les données réelles (Commander, GNILC, Cosmoglobe). Une estimation critique des atouts et des limites de ces différentes cartes d'émission de poussières en sera tirée. Un modèle phénoménologique d'émission thermique des poussières (combinaison de plusieurs corps noirs modifiées) sera ensuite utilisé pour fitter ces données dans un cadre Bayesien ou fréquentiste, afin de proposer le modèle le plus simple reproduisant les covariances de la distribution spectrale d'énergie (SED) des poussières observées à haute latitude Galactique. Des simulations Monte-Carlo seront développées pour estimer les incertitudes sur les résultats produits.
En 2ème année, ces données seront confrontées aux prédictions de différents modèles de poussières : modèle phénoménologique (Schlegel, Finkbeiner & Davis 1998), modèles physiques statiques : Astrodust (Hensley & Draine 2022), Dark Dust (Siebenmorgen+2026), modèle physique intégrant l'évolution des propriétés poussières (THEMIS II Ysard+2024). Outre le test direct de ces modèles de référence, ces résultats apporteront de nouvelles contraintes observationnelles aux modèles de poussières, ingrédients essentiels de notre compréhension de la physique du MIS.

Enfin (3ème année), les modèles validés seront utilisés pour prédire les fluctuations de la SED polarisée des poussières, moyennant un modèle de distribution du gaz et du champ magnétique dans la Galaxie. Ces prédictions seront confrontées aux données en polarisation ancillaires et à venir, et des conclusions tirées sur les propriétés d'alignement des différentes populations de poussières, sur l'origine et amplitude de la «décorrélation» de l'émission polarisée des poussières (Tassis & Pavlidou 2015), et sur les propriétés statistiques du champ magnétique Galactique.

La thèse est basée à Montpellier (direction: Vincent Guillet, LUPM). Elle donnera lieu à de fréquents déplacements à Orsay (co-direction: Léo Vacher, IJCLab) de manière à acquérir une double culture à l'interface de la physique du MIS et des techniques de séparation des composantes pour la cosmologie.
La recherche de la signature de l'inflation primordiale dans les cartes de polarisation du CMB (modes B primordiaux) se heure à la contamination de ces cartes par l'émission thermique d'un composant d'origine Galactique : les poussières interstellaires.
En polarisation, l'émission thermique des poussières interstellaires domine le signal cosmologique recherché de plusieurs ordres de grandeur. Il est donc indispensable de bien caractériser les variations spatiales de ce voile Galactique qui ont déjà été confondues avec le signal recherché (BICEP).
Cette thèse propose d'utiliser une nouvelle méthode qui croise analyse spatiale et fréquentielle. - Caractériser l'origine et l'amplitude des fluctuations des propriétés optiques des poussières interstellaires à travers la Galaxie par une nouvelle méthode basée sur l'analyse des covariances entres fréquences.
- Proposer et adapter les modèles de poussières à ces nouvelles contraintes.
- Proposer des modèles plus physiques et plus proches des données pour aider à la séparation des composantes, dans le cadre de la recherche de la signature de l'inflation primordiale dans la polarisation du CMB. Analyse de données: calcul des covariances inter-fréquences des fluctuations de la SED des poussières autour de la SED moyenne.
Calculs analytiques
Simulations pour estimer les barres d'erreur et débiaiser les covariances.
Modélisation physique de l'émission des poussières à partir de modèles établis.

Master Astrophysique
Connaissances sur la physique Galactique, idéalement sur le milieu interstellaire.
Goût pour un travail équilibré entre analyse de données, modélisation, calculs analytiques, et théories de la physique du solide.