La parallaxe de la BLR comme nouvelle sonde géométrique en cosmologie observationnelle : des observations VLTI aux contraintes cosmologiques // BLR Parallax as a New Geometric Probe in Observational Cosmology: From VLTI Observations to Cosmological Constr

La « tension de Hubble » désigne l'écart supérieur à 5σ entre les mesures actuelles de la constante de Hubble issues de l'Univers local (échelle des distances) et celles déduites du fond diffus cosmologique dans le cadre du modèle standard. Sa confirmation et sa caractérisation précise pourraient indiquer une nouvelle physique au-delà de ce modèle cosmologique standard.

Cette thèse vise à développer et évaluer une méthode nouvelle et indépendante de mesure des distances cosmologiques basée sur la parallaxe de la BLR. Cette méthode combine interférométrie optique et Reverberation Mapping (RM) des noyaux actifs de galaxies (AGN). Les AGN sont observables à grand redshift et possèdent une région de raies larges (BLR) dont la taille angulaire est mesurable par spectro-astrométrie (SA) avec le VLTI et la taille linéaire est obtenue à partir des délais de RM ; leur combinaison fournit une estimation directe de la distance angulaire. Cette approche géométrique est indépendante des chandelles standards et largement complémentaire des sondes existantes.

Des observations récentes avec GRAVITY sur le VLTI ont démontré la faisabilité de la résolution des BLR par spectro-astrométrie et ont donc permis les premières mesures de distance par parallaxe de la BLR. Le nouvel instrument BIFROST va étendre ces capacités dès 2027 et ses premières données tests seront exploitées pour évaluer les performances et l'impact scientifique de la méthode. En parallèle, un nouvel instrument VLTI optimisé pour la parallaxe de la BLR est envisagé, conçu pour fonctionner avec le VLTI tel qu'il est.

La thèse évaluera la précision et le potentiel cosmologique des distances obtenues par parallaxe de la BLR pour contraindre la constante de Hubble, la densité de matière sombre et l'équation d'état de l'énergie noire. Par sa nature géométrique et sa couverture en redshift, la parallaxe de la BLR constitue un pont unique entre sondes locales et à grand redshift. De fortes synergies sont attendues avec les relevés cosmologiques Euclid et DESI, permettant des contraintes conjointes sur les modèles cosmologiques.

Le projet s'articule autour de trois axes :
• Modélisation de la BLR :
Développement de modèles avancés de la BLR, contraints par des mesures SA précises, permettant une modélisation dynamique des données RM afin de mieux contraindre géométrie et cinématique et ainsi de réduire les biais systématiques.
• Traitement de données et inférence statistique :
Développement de méthodes d'analyse, d'ajustement conjoint des observables SA et RM, et d'évaluation des biais pour caractériser les incertitudes, les dégénérescences entre les paramètres. La confrontation entre les modèles et les observations permettra de sélectionner les BLR auxquelles appliquer la méthode en écartant les candidats perturbés par des structures plus complexes comme des trous noirs binaires (qui sont aussi un sujet d'étude à part entière).
• Spécification instrumentale et faisabilité :
Définition et évaluation des performances d'un instrument VLTI optimisé pour la parallaxe de la BLR, avec un retour sur les estimations de performances permettant de quantifier leurs contraintes cosmologiques.

Ce projet combine astrophysique, traitement des données et instrumentation pour fournir de nouvelles mesures de haute précision sur les distances cosmologiques.
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The “Hubble tension” refers to the >5σ discrepancy between current measurements of the Hubble constant from the local Universe (distance ladder) and those inferred from the cosmic microwave background within the standard cosmological model. Confirming and accurately characterizing this discrepancy could point towards new physics beyond the standard cosmological framework.

This thesis aims to develop and assess a new, independent method to measure cosmological distances based on BLR parallax. This method combines optical interferometry and Reverberation Mapping (RM) of Active Galactic Nuclei (AGN). AGN are observable at high redshift and host a Broad Line Region (BLR), whose angular size can be measured through spectro-astrometry (SA) with the VLTI, while its linear size is derived from RM time delays. Their combination provides a direct estimate of the angular diameter distance. This geometric approach is independent of standard candles and largely complementary to existing probes.

Recent observations with GRAVITY on the VLTI have demonstrated the feasibility of resolving BLRs through spectro-astrometry and have enabled the first distance measurements using BLR parallax. The upcoming instrument BIFROST will extend these capabilities as early as 2027 and its first test data will be used to evaluate the performance and scientific impact of the method. In parallel, a new VLTI instrument optimized for BLR parallax is being considered, designed to operate within the existing VLTI infrastructure.

The thesis will evaluate the precision and cosmological potential of distances obtained through BLR parallax to constrain the Hubble constant, the dark matter density, and the dark energy equation of state. Owing to its geometric nature and redshift coverage, BLR parallax provides a unique bridge between local and high-redshift probes. Strong synergies are expected with large-scale surveys such as Euclid and DESI, enabling joint constraints on cosmological models.

The project is structured along three main axes:
• BLR modelling:
Development of advanced BLR models, constrained by precise SA measurements, enabling dynamical modelling of RM data to better constrain geometry and kinematics, and thereby control systematic biases.
• Data processing and statistical inference:
Development of data analysis methods, joint fitting of SA and RM observables, and bias evaluation to characterize uncertainties and parameter degeneracies. The comparison between models and observations will also enable the selection of suitable targets for BLR parallax, excluding sources affected by more complex structures such as binary black holes (which are also of intrinsic scientific interest).
• Instrument specification and feasibility:
Definition and performance assessment of a VLTI instrument optimized for BLR parallax, with feedback from performance estimates used to quantify the expected cosmological constraints.

This project combines astrophysics, data science, and instrumentation to deliver new high-precision measurements of cosmological distances.
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Début de la thèse : 01/10/2026

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

Concours pour un contrat doctoral

Université Côte d'Azur

364 SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées

Un.e bon.ne physicien.ne avec un intérêt marqué pour l'astrophysique et la cosmologie observationnelle. Master à composante astrophysique, avec si possible un aspect AGN ou distances extragalactiques. Compétences en informatique (Python) et goût pour l'observation et le traitement des données. Pour l'axe optionnel instrumental un contact avec et un intérêt pour l'instrumentation.
A good physicist with a strong interest for astrophysics and cosmology with a Master with a strong astrophysical content, if possible, including work on AGNs or cosmic distances. Ability in coding (preferably with Python) and taste for observations and data processing. For the optional instrumentation research axis, a previous contact with instrumentation.