Étude de la polarisation du rayonnement près de l'horizon des événements de Sagittarius A*. Conséquences sur la mesure du champ magnétique et la nature de l'objet central compact super-massif. // Study of the polarization of radiation near the event horiz

Sgr A* est le candidat trou noir dont la dimension apparente est la plus grande. Cela en fait la cible privilégiée pour étudier de façon directe l'horizon des événements et donc la nature de l'objet central. L'instrument GRAVITY mesure depuis 2018 des orbites de seulement quelques rayons de Schwarzschild de poches de plasma porté à très haute température appelées sursauts. Ces mesures ont apporté de très fortes contraintes sur le caractère compact de l'objet central, renforçant l'hypothèse du trou noir. Ces épisodes sont les plus proches observés de l'objet, ce qui implique qu'ils apportent potentiellement une information d'une extraordinaire richesse sur l'espace-temps, au plus près d'un trou noir supermassif, décrit par la théorie de la relativité générale et qui dépend bien sûr des caractéristiques de l'objet central : masse, spin et charge selon le théorème de calvitie des trous noirs. Les sursauts sont donc à la fois une sonde de l'espace-temps autour de l'objet central et une source d'information sur celui-ci. À cela s'ajoute le potentiel de réaliser des tests de relativité générale et de la théorie du trou noir. La difficulté de ces tests, par rapport à ceux réalisés à partir d'orbites d'étoiles considérées comme des points matériels, mais à bien plus grande distance du trou noir, c'est la nécessité d'une très bonne compréhension astrophysique de l'environnement de l'objet central pendant et hors sursauts. De tels tests, dont la possibilité ou l'impossibilité sera discutée au cours la thèse, offrent potentiellement la perspective de comparaisons avec les tests en cours avec des étoiles.

Cette ambition est l'objectif global de la thèse proposée. L'étude s'appuiera sur les données GRAVITY enregistrées lors de sursauts. Elle nécessitera la mise en place de nouvelles procédures pour le traitement des données pour mesurer les propriétés de polarimétrie des visibilités observées par GRAVITY et apporter des contraintes sur l'objet, son environnement et le champ magnétique pendant et peut-être hors sursauts. Ces nouvelles procédures permettront d'améliorer la précision des résultats publiés jusqu'à présent qui n'ont pas pris en compte les caractéristiques polarimétriques de la source ni celles de l'instrument dans l'interprétation des visibilités complexes. Elles s'appuieront sur de récents travaux de la direction de thèse. Les résultats des mesures de GRAVITY dans l'infrarouge proche pourront par ailleurs être utilisés de concert avec des données ALMA lors d'événements comparables. Ils pourront aussi être comparés à ceux obtenus avec l'Event Horizon Telescope, cependant non résolus en temps pendant des sursauts. Ces comparaisons seront utiles pour contraindre la distribution du champ magnétique et son intensité, des données importantes pour l'interprétation des visibilités polarisées de GRAVITY et, à terme, pour l'interprétation des orbites autour de Sgr A* et donc l'exploration de l'espace-temps au plus près de l'objet. Des travaux sur des simulations faites par d'autres équipes pourront également être conduits pour comprendre ce qui peut être attendu lors d'observations et évaluer les procédures développées pour GRAVITY.
La thèse se déroulera dans l'équipe d'interférométrie du LIRA qui a développé GRAVITY avec ses partenaires du consortium. Elle bénéficiera des expertises instrumentales et théoriques de l'équipe et d'un environnement collaboratif international. Le ou la doctorante produira un travail original en interférométrie optique polarisée appliquée à l'étude de l'objet compact supermassif au centre de la Galaxie et développera une expertise (unique) en réduction des données interférométriques optique, mais aussi dans un cadre relativiste en proximité immédiate d'un probable trou noir, sur un sujet à très forte visibilité internationale. Le sujet se place aux interfaces entre mesures expérimentales pour la polarimétrie, observation et théorie (relativité générale, trous noirs) avec un profil original à construire.
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Sgr A* is the black hole candidate with the largest apparent size. This makes it the ideal target for direct study of the event horizon and thus the nature of the central object. Since 2018, the GRAVITY instrument has been measuring the orbits of pockets of plasma heated to extremely high temperatures, known as flares, which are only a few Schwarzschild radii in radius. These measurements have placed very strong constraints on the compact nature of the central object, reinforcing the black hole hypothesis. These episodes are the closest observed to the object, which means that they potentially provide extraordinarily rich information about space-time, closest to a supermassive black hole, described by the theory of general relativity and which of course depends on the characteristics of the central object: mass, spin, and charge according to the black hole no-hair theorem. The flares are therefore both a probe of the space-time around the central object and a source of information about it. Added to this is the potential to test general relativity and black hole theory. The difficulty of these tests, compared to those carried out using the orbits of stars considered as point like objects, but at a much greater distance from the black hole, is the need for a very good astrophysical understanding of the environment of the central object during and outside flares. Such tests, the feasibility of which will be discussed in the thesis, potentially offer the prospect of comparisons with ongoing tests involving stars.
This ambition is the overall objective of the proposed thesis. The study will be based on GRAVITY data recorded during flares. It will require the implementation of new data processing procedures to measure the polarimetric properties of the visibilities observed by GRAVITY and to provide constraints on the object, its environment, and the magnetic field during and possibly outside flares. These new procedures will improve the accuracy of the results published to date, which did not take into account the polarimetric characteristics of the source or those of the instrument in the interpretation of complex visibilities. They will be based on recent work by the thesis supervisor. The results of GRAVITY's near-infrared measurements can also be used in conjunction with ALMA data during comparable events. They can also be compared with those obtained with the Event Horizon Telescope, although these are not time-resolved during flares. These comparisons will be useful for constraining the distribution of the magnetic field and its intensity, which are important data for interpreting GRAVITY's polarized visibilities and, ultimately, for interpreting the orbits around Sgr A* and thus exploring the space-time closest to the object. Work on simulations carried out by other teams may also be conducted to understand what can be expected during observations and to evaluate the procedures developed for GRAVITY.
The thesis will be carried out within the LIRA interferometry team that developed GRAVITY with its consortium partners. It will benefit from the team's instrumental and theoretical expertise and an international collaborative environment. The doctoral student will produce original work in polarized optical interferometry applied to the study of the supermassive compact object at the center of the Galaxy and will develop (unique) expertise in optical interferometric data reduction, but also in a relativistic framework in the immediate vicinity of a probable black hole, on a subject with very high international visibility. The subject lies at the interface between experimental measurements for polarimetry, observation, and theory (general relativity, black holes), with an original profile to be developed.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://lira.observatoiredeparis.psl.eu/-GRAVITY-

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours d'accès aux contrats doctoraux

Observatoire de Paris

127 Astronomie et Astrophysique d'Ile de France

Les données interférométriques de GRAVITY sur des sursauts de Sgr A* étant le point de départ fondamental du sujet, il est attendu des candidats qu'ils puissent réduire des données de ce type et élaborer un code de réduction. Des connaissances en optique cohérente ou en imagerie ou en optique de Fourier sont donc un plus. De même qu'une capacité à réaliser des programmes en Python. Des notions de relativité générale seront également un plus. Du fait du caractère multi-forme du sujet, il est surtout attendu des candidats une capacité à apprendre sans être forcément spécialiste de chaque aspect du sujet dès le départ.
Since GRAVITY's interferometric data on Sgr A* flares are the fundamental starting point for this project, candidates are expected to be able to reduce this type of data and develop a reduction code. Knowledge of coherent optics, imaging, or Fourier optics is therefore a plus. The same applies to the ability to write programs in Python. A basic understanding of general relativity would also be an advantage. Given the multifaceted nature of the subject, candidates are expected above all to be able to learn without necessarily being specialists in every aspect of the subject from the start.